DE102020118403A1 - Sulfatarme calciumhaltige poröse mineralische Werkstoffe - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft calciumhaltige, poröse, mineralische Werkstoffe mit einem Sulfatgehalt von nicht mehr als 1,5 Gewichts-% und einem Gehalt an Biopolymeren im Bereich von 0,001 bis 5,00 Gewichts-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Werkstoffe, ein Verfahren zur Herstellung dieser Werkstoffe mit Hilfe von Biopolymeren als Stabilisatoren sowie die Verwendung von Biopolymeren zur Herstellung von sulfatarmen calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft calciumhaltige poröse mineralische Werkstoffe mit einem Sulfatgehalt von nicht mehr als 1,5 Gewichts-% und einem Gehalt an Biopolymeren von 0,001 bis 5,0 Gewichts-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Werkstoffe, ein Verfahren zur Herstellung dieser Werkstoffe mit Hilfe von Biopolymeren als Stabilisatoren sowie die Verwendung von Biopolymeren zur Herstellung von sulfatarmen calciumhaltigen porösen mineralischen Werkstoffen.
  • Technischer Hintergrund
  • Leichte poröse Werkstoffe im Bausektor sind effiziente Produkte, welche neben einem breiten Anwendungsspektrum durch ihre geringe Dichte eine sinnvolle Schonung von Ressourcen bewirken können. Trotz Massereduzierung müssen allerdings wichtige Materialkennwerte (z.B. Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit usw.) erreicht werden, dementsprechend hochtechnisiert und standardisiert sind die Vorgänge in der Produktion. Bei der Herstellung von calciumhaltigen, porösen Baustoffen wie Porenbeton (eng. Autoclaved aerated concrete), Schaumbeton, Schaumzement, Kalkschaum o.ä. ist beispielsweise die Stabilisierung der Körper bzw. Formmassen - die sogenannten Grünlinge - nach dem Schäumungs- bzw. Porosierungsprozess entscheidend für die Qualität des Endprodukts und muss dementsprechend gesteuert werden können. Je poröser der herzustellende Baustoff wird, umso instabiler sind in der Regel auch die Grünlinge. Da die Grundrezepturen aus materialtechnischen Gründen nur in einem begrenzten Rahmen anpassbar sind, werden zur Stabilisierung oder zur Optimierung bestimmter Eigenschaften dementsprechend Additive HLZ:RW beigemischt. Hierbei müssen auch deren negative Auswirkungen in Kauf genommen werden und zu meist betreffen diese bislang ökologische Aspekte. Ablesbar wird das vor allem an den bei der Herstellung verursachten CO2-Emmisionen oder eben auch an der Recyclingfähigkeit dieser Werkstoffe. Als Beispiel kann hierbei Porenbeton betrachtet werden. Als Stabilisatoren werden den Rezepturen Zement und/oder Calciumsulfatquellen, wie AnhydridGips/Bassanit zugesetzt. Die Materialien können zwar auch als Calcium- und Silikatquellen dienen, werden allerdings aufgrund ihrer stabilisierenden Funktion vorwiegend als funktionale Additive zugesetzt, welche für die Bildung der Hauptkomponenten in Porenbeton, den Tobermoriten, nicht erforderlich sind. In Kauf genommen werden muss hierbei, dass Stoffe wie Anhydrid/Gips/Bassanit und auch Zement (Sulfatanteil von ca. 5% dient als Reaktionsregulator) am End-of-Life-Punkt zu einer höheren Deponieklasse des Baustoffs führen, da deren sulfathaltige Anteile leicht ausgewaschen und in den Boden bzw. das Grundwasser eingetragen werden können. Die Auswirkungen von Zement sind auch bereits bei der Herstellung relevant und spiegeln sich vor allem in den CO2-Äquivalenten wider. Die genannten Aspekte sind bekannt und waren schon Bestandteil einiger Untersuchungen, allerdings waren diese bislang „unerheblich“ für die Produktökonomie. Erst mit dem einhergehenden gesellschaftlichen Wandel hat sich dieser Blick deutlich gewandelt und Wissenschaftler sowie Hersteller sind angehalten neue Lösungen zu präsentieren.
  • Bestehende und meist angewandte Lösungen zur Stabilisierung des Grünlings basieren derzeit auf folgenden Ansätzen:
    1. 1. Zusätze, welche das „Abbindeverhalten“ der Grünlinge bzw. Endprodukte beeinflussen Daake, Henning-Felix von (2016): Möglichkeiten zur Optimierung der Wirkungsweise bauchemischer Zusatzmittel durch Mechanismen der kontrollierten Wirkstofffreisetzung. Dissertation. Technische Universität; Kassel University Press GmbH, Berlin
      1. a. Calciumoxid:
        • Tungulin, Dmitry; Behrenberg, Birgit; Lutter, Jürgen; Wallmeier, Werner (2018): Quicklime with defined reaction time window for aerated autoclaved concrete production. In: ce/papers 2 (4), S. 223-229
      2. b. Zement, Anhydrit, Gips (Halbhydrate):
        • Baltakys, K.; Siauciunas, R. (2010): Influence of gypsum additive on the gyrolite formation process. In: Cement and Concrete Research 40 (3), S. 376-383;
        • Malecki, Marek; Kurdowski, Wieslaw; Walczak, Pawel (2018): Influence of gypsum and limestone, used as mineral additives, on autoclaved aerated concrete properties. In: ce/papers 2 (4), S. 231-234
      3. c. Aschen:
        • Walczak, Pawel; Szymanski, Pawel; Rózycka, Agnieszka (2015): Autoclaved Aerated Concrete based on Fly Ash in Density 350kg/m3 as an Environmentally Friendly Material for Energy - Efficient Constructions. In: Procedia Engineering 122, S. 39-46;
        • Winkels, Bernd; Nebel, Holger; Raupach, Michael (2018): Carbonation of autoclaved aerated concrete containing fly ash. In: ce/papers 2 (4), S. 47-51
      4. d. Alumosilikate:
        • Matsushita, Fumiaki; Imasawa, Kouichi; Shibata, Sumio; Horiguchi,
        • Masatoshi (2018): Aluminum silicate recycling raw materials for production of autoclaved aerated concrete. In: ce/papers 2 (4), S. 215-221;
        • Grabowska, Ewelina (2018): Zeolite as a raw material to the AAC production. In: ce/papers 2 (4), S. 201-206
      5. e. Puzzolane:
        • Luke, K. (2004): Phase studies of pozzolanic stabilized calcium silicate hydrates at 180 °C. In: Cement and Concrete Research 34 (9), S. 1725-1732
    2. 2. Zusätze, welche als Armierung wirken und die tragende Struktur verstärken z.B.
      • Glasfasern, Carbonfasern, Cellulosefasern, synthetische Polymerfasern usw. Stadie, R., (2008): Festigkeits- und Verformungsverhalten von kurzfaserverstärktem Porenbeton. Dissertation, Berlin: TU Berlin;
      • Laukaitis, A.; Keriene, J.; Mikulskis, D.; Sinica, M.; Sezemanas, G. (2009):
        • Influence of fibrous additives on properties of aerated autoclaved concrete forming mixtures and strength characteristics of products. In: Construction and Building Materials 23 (9), S. 3034-3042;
        • Laukaitis, Antanas; Keriene, Jadvyga; Kligys, Modestas; Mikulskis, Donatas; Lekünaite, Lina (2012): Influence of mechanically treated carbon fibre additives on structure formation and properties of autoclaved aerated concrete. In: Construction and Building Materials 26 (1), S. 362-371;
        • Laukaitis, A.; Keriene, J.; Mikulskis, D.; Sinica, M.; Sezemanas, G. (2009a):
          • Influence of fibrous additives on properties of aerated autoclaved concrete forming mixtures and strength characteristics of products. In: Construction and Building Materials 23 (9), S. 3034-3042;
        • Karlstetter, C., (2013): Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Porenbeton durch den Einsatz von Fasern. Dissertation, München: Universität der Bundeswehr München.
    3. 3. Zusätze, welche den Wasserhaushalt bzw. die Viskosität beeinflussen und somit ein Auseinanderdriften der noch nicht verfestigten Formkörper verhindern z.B. Polyvinylalkohol etc.:
      • Akthar, F. K.; Evans, J.R.G. (2010): High porosity (>90%) cementitious foams. In: Cement and Concrete Research 40 (2), S. 352-358.
    4. 4. Ausnutzung von unterschiedlichen Partikelgrößenverteilungen:
      • Isu, Norifumi; Teramura, Satoshi; Ishida, Hideki; Mitsuda, Takeshi: Influence of quartz particle size on the chemical and mechanical properties of autoclaved aerated concrete (II) fracture toughness, strength and micropore;
      • Park, Seung Bum; Yoon, Eui Sik; Lee, Burtrand I. (1999): Effects of processing and materials variations on mechanical properties of lightweight cement composites. In:
        • Cement and Concrete Research 29 (2), S. 193-200.
    5. 5. Anpassung des Wasser/Feststoffverhältnisses:
      • Wu, Lixian; Peng, Xiaoqin; Yang, Junfeng; Bai, Guang (1996): Influence of some technology parameters on the structures of autoclaved lime-sand concrete. In:
        • Cement and Concrete Research 26 (7), S. 1109-1120.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt nun ein neues Verfahren, mit dem Zusätze wie z.B. Zement, Gips/Anhydrit/Bassanit oder andere wie amorphe Kieselsäure, Puzzolane usw. bei der Herstellung der genannten calciumhaltigen porösen mineralischen Werkstoffe durch Nutzung von Biomimetik teilweise oder vollständig ersetzt werden können und dabei auch eine Stabilisierung der porosierten Körper erreicht wird. Dadurch resultieren bislang ungeahnte ökonomische und ökologische Vorteile für diese Art von Baustoffen. Beispielsweise können die CO2-Äquivalente durch den Verzicht von Zement deutlich gesenkt werden. Zudem fallen die Baustoffe durch die Reduktion der Sulfatanteile in eine niedrigere Deponieklasse.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft calciumhaltige, poröse, mineralische Werkstoffe mit einem Sulfatgehalt von nicht mehr als 1,5 Gewichts-% und einem Gehalt an Biopolymeren im Bereich von 0,001 bis 5,00 Gewichts-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Werkstoffe.
  • Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffen wie hierin beschrieben, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte:
    1. a) Herstellen einer wässrigen Suspension enthaltend eine Calciumoxidquelle, optional eine oder mehrere weitere mineralische Rohstoffquellen und ein oder mehrere Biopolymere;
    2. b) Herstellen eines Grünlings aus der Suspension aus Verfahrensschritt a);
    3. c) Härten des Grünlings aus Verfahrensschritt b);
    4. d) Erhalten des calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffes.
  • Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Biopolymeren zur Herstellung von sulfatarmen calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt die schematische Darstellung eines beispielhaften „egg-box“ Modells in Verbindung mit Calciumalginaten (Quelle: Fu, Shao; Thacker, Ankur; Sperger, Diana M.; Boni, Riccardo L.; Buckner, Ira S.; Velankar, Sachin et al. (2011): Relevance of rheological properties of sodium alginate in solution to calcium alginate gel properties. In: AAPS PharmSciTech 12 (2), S. 453-460).
    • 2 zeigt die Beschaffenheit der inneren Oberfläche von Porenbeton unter Zusatz von Ammoniumalginat (links) oder Natriumalginat (rechts) durch mikroskopische Aufnahmen im Rasterelektronenmikroskop (REM).
    • 3 zeigt die FTIR Spektren von Alginsäure, Ammoniumalginat, Natriumalginat sowie der Extrakte der drei in der Beispielsektion hergestellten Porenbetonblöcke mit Alginsäure (sample 1), Ammoniumalginat (sample 2) und Natriumalginat (sample 3). Im unteren Bereich sind die jeweiligen Referenz-Spektren (Na-, Ca-Alginat) überlagert dargestellt und die relevanten Peaks illustriert.
  • Definitionen
  • Mineralische Werkstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind anorganische nichtmetallische Werkstoffe aus natürlichen Mineralen oder geformte Stoffgemische aus gesiebten oder gemahlenen Mineralen, die mit Hilfe von Bindemitteln ggf. mit einem speziellen Härteverfahren die gewünschte Festigkeit erhalten. Ausgeschlossen vom Begriff der mineralischen Werkstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Holz, metallische Werkstoffe, Glas, Kunststoffe sowie die aus diesen Materialien hergestellten Verbundwerkstoffe.
  • Calciumhaltige, poröse mineralische Werkstoffe sind mineralische Werkstoff nach der oben ausgeführten Definition, die einen mindestens nachweisbaren Gehalt an Calcium aufweisen und in denen zusätzlich eine beabsichtigte Porenbildung nachweisbar ist.
  • Ein Biopolymer ist ein Polymer, das in Zellen von Lebewesen synthetisiert wird (natives Polymer). Dem Begriff Biopolymer in Sinne der vorliegenden Erfindung unterliegen auch Biopolymere, die aus organischen Verbindungen in Zellen von Lebewesen (z.B. durch Fermentation in Bakterien) modifiziert und daraus gewonnen werden können (biogene Polymere), sowie Derivate von Biopolymeren. Nicht unter den Begriff von Biopolymeren in Sinne der vorliegenden Erfindung fallen Polymere auf Erdölbasis, die biologisch abbaubar sind.
  • Ein sulfatarmer Werkstoff weist einen Sulfatgehalt von nicht mehr als 1,5 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Werkstoffs, auf. Ein sulfatfreier Werkstoff weist keinen messbaren Sulfatgehalt auf.
  • Allgemeine Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft calciumhaltige, poröse, mineralische Werkstoffe mit einem Sulfatgehalt von nicht mehr als 1,5 Gewichts-% und einem Gehalt an Biopolymeren im Bereich von 0,001 bis 5,00 Gewichts-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Werkstoffe.
  • Die calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus der folgenden Liste:
    • • Porenbeton
    • • Schaumbeton / Schaumzement
    • • Alkalisch aktivierte Baustoffe (Geopolymere)
    • • Poröse Feuerfestmaterialien (Feuerfestkeramik, Feuerbeton), i.e. Materialien, welche in Hochtemperaturprozessen (> 600 °C) eingesetzt werden bzw. zur Auskleidung von Öfen oder thermischen Aggregaten verwendet werden
    • • Poröse mineralische Dämmstoffe für die Bauindustrie auf Schaumbeton- (hydraulisch) oder Porenbetonbasis (autoklaviert)
    • • Poröse mineralische Dämmstoffe für Industrie-Isolierungen von Leitungen, Behältern, Kesseln, Öfen, Wärmeschränken auf Schaumbeton- (hydraulisch) oder Porenbetonbasis (autoklaviert)
    • • Geschäumte Keramik
    • • Kalkschaum
    • • Poröser Luftkalk, erhärtet durch Karbonatisierung an Luft oder CO2-angereicherter Atmosphäre oder in flüssigem CO2
    • • Poröse Schallabsorber auf mineralischer Basis
    • • Poröse Granulate für Leichtbeton
  • Bevorzugt sind calciumhaltige poröse mineralische Baustoffe, vorzugsweise aus der oben genannten Liste.
  • Besonders bevorzugt sind Porenbeton, Schaumbeton, Schaumzement und Kalkschaum, ganz besonders bevorzugt Porenbeton.
  • Die Werkstoffe haben einen Sulfatgehalt von nicht mehr als 1,5 Gewichts-%, bevorzugt nicht mehr als 1,0 Gewichts-%, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,7 Gewichts-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Werkstoffe.
    In einer speziell bevorzugten Ausführungsform enthalten die Werkstoffe keine messbaren Gewichtsanteile an Sulfat.
    Die erfindungsgemäßen Werkstoffe sind somit sulfatarm oder sulfatfrei.
  • Der Sulfatgehalt lässt sich durch Röntgenfluoreszenzanalyse am Werkstoff oder an Proben des Werkstoffs nachweisen bzw. bestimmen.
  • Weiterhin weisen die Werkstoffe vorzugsweise einen Gehalt von Biopolymeren in Bereich vom 0,001 Gewichts-% bis 5,00 Gewichts-%, stärker bevorzugt von 0,01 Gewichts-% bis 2,50 Gewichts-%, besonders bevorzugt von 0,05 Gewichts-% bis 1,00 Gewichts-%, am stärksten bevorzugt von 0,1 Gewichts-% bis 0,50 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Werkstoffe auf.
  • Der Anteil an Biopolymeren lässt sich nach Extraktion aus dem Werkstoff durch die üblichen Nachweismethoden wie FTIR, Ramanspektroskopie oder Gaschromatographie, wie im Methodenteil beschrieben, nachweisen und bestimmen.
  • Die Biopolymere sind vorzugsweise Biopolymere, die ein Hydrogel ausbilden und Quervernetzungen über zweiwertige Ionen, wie Calcium- oder Magnesiumionen, bevorzugt Calciumionen, ausbilden. Die Biopolymere sind vorzugsweise temperaturbeständig und/oder in einem weitem pH-Bereich, bevorzugt im alkalischen, beständig.
  • Die Werkstoffe können ein oder mehrere Biopolymere enthalten. Vorzugsweise enthalten die Werkstoffe ein Biopolymer.
  • Bevorzugte Biopolymere sind Polysaccharide wie Alginsäure und deren Derivate, Pektin(e) und dessen Derivate, Poly-L-Guluronsäure und deren Derivate, Poly-D-Mannuronsäure und deren Derivate, Agar-Agar, Carrageen, Furcellaran, Traganth, Gummi arabicum, Xanthan, Karaya, Gellan sowie Mischungen daraus, vorzugsweise Alginsäure und deren Derivate, Pektin(e) und dessen Derivate sowie Mischungen daraus, besonders bevorzugt Alginsäure und deren Derivate sowie Mischungen daraus.
  • Derivate in diesem Zusammenhang sind beispielsweise Salze, Ester, Amide oder Glykole.
  • Bevorzugte Alginsäurederivate sind Salze von Alginsäure, wie Natriumalginat, Kaliumalginat, Ammoniumalginat, Calciumalginat, und Propylenglykolalginat.
  • Bevorzugte Pektinderivate sind hochveresterte Pektine mit einem Veresterungsgrad von mehr als 50%, niederveresterte Pektine mit einem Veresterungsgrad von 5-50%, Pektinsäuren und Amidopektine.
  • Besonders bevorzugte Biopolymere sind Alginsäure, Natriumalginat und Ammoniumalginat, ganz besonders bevorzugt Alginsäure und Ammoniumalginat.
  • Es ist bevorzugt, dass die Werkstoffe keinen nachweisbaren Gehalt an Fließmitteln, wie beispielsweise grenzflächenaktive Substanzen, wie Naphthalinsulfonate oder Ligninsulfonate, oder dispergierende Substanzen, wie Melaminharze, Polycarboxylate oder Polycarboxylatether, haben.
  • Die Werkstoffe können in allen bekannten Trockenrohdichteklassen hergestellt werden.
  • Die Werkstoffe haben somit vorzugsweise eine Trockenrohdichte von 50 bis 1000 kg/m3. Das unten beschriebene Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Werkstoffe spielt seine Vorzüge allerdings ganz besonders bei der Herstellung von Werkstoffen mit geringer Trockenrohdichte aus.
    In einer speziellen Ausführungsform weisen die Werkstoffe somit vorzugsweise eine Trockenrohdichte von 50 bis 400 kg/m3 auf.
    Speziell für Werkstoffe wie Schaumbeton oder Schaumzement können mit der vorliegenden Erfindung geringere Trockenrohdichten bis hin zu 120 kg/m3 oder sogar 100 kg/m3 erreicht werden.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffen wie hierin beschrieben, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte:
    1. a) Herstellen einer wässrigen Suspension enthaltend eine Calciumoxidquelle, optional eine oder mehrere weitere mineralische Rohstoffquellen und ein oder mehrere Biopolymere;
    2. b) Herstellen eines Grünlings aus der Suspension aus Verfahrensschritt a);
    3. c) Härten des Grünlings aus Verfahrensschritt b);
    4. d) Erhalten des calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffes.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei Verfahren, in denen der Grünling durch
  • Autoklavieren gehärtet wird, beispielsweise bei der Herstellung von Porenbeton. Hierbei enthält das Verfahren folgende Verfahrensschritte:
    1. a) Herstellen einer wässrigen Suspension enthaltend eine Calciumoxidquelle, eine Silikatquelle und ein oder mehrere Biopolymere;
    2. b) Herstellen eines Grünlings aus der Suspension aus Verfahrensschritt a);
    3. c) Autoklavieren des Grünlings aus Verfahrensschritt b) in gesättigtem Wasserdampf in einem Temperaturbereich von 100°C bis 200°C;
    4. d) Erhalten des calciumhaltigen, porösen mineralischen Werkstoffes.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Grünling an Luft bei Raumtemperatur oder mit erhöhter Temperatur im Trockenschrank bzw. Wärmeofen gehärtet werden. Hierbei enthält das Verfahren folgende Verfahrensschritte:
    1. a) Herstellen einer wässrigen Suspension enthaltend eine Calciumoxidquelle, optional weitere mineralische Rohstoffquellen und ein oder mehrere Biopolymere;
    2. b) Herstellen eines Grünlings aus der Suspension aus Verfahrensschritt a);
    3. c) Härten des Grünlings aus Verfahrensschritt b) an Luft bei Raumtemperatur oder mit erhöhter Temperatur im Trockenschrank oder Wärmeofen;
    4. d) Erhalten des calciumhaltigen, porösen mineralischen Werkstoffes.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise bei der Herstellung von Schaumbeton, werden der Suspension zur Porosierung beispielsweise, Proteine, Tenside, Aluminiumpulver (ggf. unter Anpassung des pH-Wertes der Suspension) und weitere zu diesem Zweck verwendete Stoffe ggf. als vorgefertigter Schaum zugesetzt. Der so hergestellte mineralische Schaum kann anschließend in eine entsprechende Form gegossen werden. Der dabei entstehende Grünling wird üblicherweise an Luft gehärtet. Geeignete Verfahren für diese Ausführungsform sind beispielsweise in DE 19632666 C1 oder DE 10314879 A1 beschrieben.
  • Die Suspension wird vorzugsweise gemäß Verfahrensschritt a) durch das Mischen einer Trockenmasse mit Wasser hergestellt.
  • Die Trockenmasse beinhaltet eine Mischung aus einer Calciumoxidquelle, optional eine oder mehrere weitere mineralische Rohstoffquellen, und ein oder mehrere Biopolymere und mögliche weitere Zusatzstoffe.
  • Die Calciumoxidquelle ist vorzugsweise ausgewählt aus Kalk wie gebranntem Kalk oder gelöschtem Kalk oder Mischungen daraus. Vorzugsweise enthält die Kalkquelle keinen Zement oder Calciumsulfatquellen wie Gips/Anhydrit/Bassanit.
  • Abhängig von dem zu produzierenden Werkstoff kann die Trockenmasse eine oder mehrere weitere mineralische Rohstoffquellen enthalten.
  • Bei der Herstellung von Porenbeton beispielsweise wird der Trockenmasse üblicherweise eine Silikatquelle, vorzugsweise ausgewählt aus Quarzsand, Flugasche und amorphen Silikaten oder Mischungen daraus, als weitere mineralische Rohstoffquelle zugesetzt.
  • Die Biopolymere sind vorzugsweise Biopolymere, die ein Hydrogel ausbilden und Quervernetzungen über zweiwertige Ionen, wie Calcium- oder Magnesiumionen, bevorzugt Calciumionen, ausbilden. Die Biopolymere sind vorzugsweise temperaturbeständig und/oder in einem weiten pH-Bereich, bevorzugt im alkalischen, beständig.
  • Bevorzugte Biopolymere sind Polysaccharide wie Alginsäure und deren Derivate, Pektin(e) und dessen Derivate, Poly-L-Guluronsäure und deren Derivate, Poly-D-Mannuronsäure und deren Derivate, Agar-Agar, Carrageen, Furcellaran, Traganth, Gummi arabicum, Xanthan, Karaya, Gellan sowie Mischungen daraus, vorzugsweise Alginsäure und deren Derivate, Pektin und dessen Derivate sowie Mischungen daraus, besonders bevorzugt Alginsäure und deren Derivate sowie Mischungen daraus.
  • Derivate in diesem Zusammenhang sind beispielsweise Salze, Ester, Amide oder Glykole.
  • Bevorzugte Alginsäurederivate sind Salze von Alginsäure, wie Natriumalginat, Kaliumalginat, Ammoniumalginat, Calciumalginat und Propylenglykolalginat.
  • Bevorzugte Pektinderivate sind hochveresterte Pektine mit einem Veresterungsgrad von mehr als 50%, niederveresterte Pektine mit einem Veresterungsgrad von 5-50%, Pektinsäuren und Amidopektine.
  • Besonders bevorzugte Biopolymere sind Alginsäure, Natriumalginat und Ammoniumalginat, ganz besonders bevorzugt Alginsäure und Ammoniumalginat.
  • Der Anteil der Calciumoxidquellen an der Trockenmasse liegt vorzugsweise in dem für den jeweiligen Werkstoff üblichen Rahmen. Im Falle von Porenbeton beträgt der Anteil der Calciumoxidquellen an der Trockenmasse üblicherweise 20 bis 50 Gewichts-%, bevorzugt 25 bis 48 Gewichts-%, besonders bevorzugt 28 bis 45 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trockenmasse.
  • Der Anteil möglicher weiterer Rohstoffquellen an der Trockenmasse liegt vorzugsweise in dem für den jeweiligen Werkstoff üblichen Rahmen. Im Falle von Porenbeton beträgt der Anteil der Silikatquellen, an der Trockenmasse üblicherweise 35 bis 60 Gewichts-%, bevorzugt 40 bis 58 Gewichts-%, besonders bevorzugt 45 bis 55 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trockenmasse.
  • Der Anteil der Biopolymere an der Trockenmasse beträgt üblicherweise 0.001 bis 5.0 Gewichts-%, bevorzugt 0.1 bis 2.5 Gewichts-%, besonders bevorzugt 0.2 bis 1.0 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trockenmasse.
  • Der Trockenmasse können noch weitere Zusatzstoffe zugegeben werden.
  • Bei der Herstellung von Werkstoffen nach den üblichen Verfahren des Standes der Technik wird der Trockenmasse oder der Suspension üblicherweise ein Bindemittel wie Calciumoxid, Zement, Gips/Anhydrit/Bassanit o.ä. hinzugegeben, welches dazu dient, dem Grünling eine gewisse Standfestigkeit zu geben.
    Bei der Herstellung der Werkstoffe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann aufgrund der Zugabe der Biopolymere auf Zement, speziell Portlandzement, als Bindemittel ganz oder teilweise verzichtet werden. In einigen Ausführungsformen kann sogar vollständig auf die Verwendung von Bindemitteln allgemein verzichtet werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann der Anteil an Bindemitteln allgemein signifikant reduziert werden. Geeignete Bindemittel in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind beispielsweise Zement, CA-Zement, hydraulischer Kalk, gebrannter Kalk, Ton, Lehm, Harze, Wachse und alkalisch aktivierte Bindersysteme.
    Es ist bevorzugt, dass die Bindemittel einen geringen Sulfatgehalt oder keinen messbaren Sulfatgehalt aufweisen.
  • Der Anteil möglicher Bindemittel an der Trockenmasse liegt vorzugsweise in dem für den jeweiligen Werkstoff üblichen Rahmen. In einigen Ausführungsformen kann ein geringerer Anteil an Bindemittel als üblich eingesetzt werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann auf Bindemittel vollständig verzichtet werden.
  • Im Falle von Porenbeton beträgt der Anteil der zementbasierten Bindemittel an der Trockenmasse üblicherweise 0 bis 20 Gewichts-%, bevorzugt 1 bis 17 Gewichts-%, besonders bevorzugt 3 bis 15 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trockenmasse.
  • Die Trockenmasse oder die Suspension kann Porenbildner enthalten. Vorzugsweise werden diese der Suspension zugegeben. Beispiele für Porenbildner sind ein reaktives Metallpulver, Wasserstoffperoxid und andere.
  • Bei der Herstellung einiger Werkstoffe werden anstelle von Porenbildnern andere Porosierungsverfahren angewendet.
    Die Porosierung durch Porenbildner oder andere Porosierungsverfahren dient der Einstellung der Dichte der Werkstoffe.
    Der Anteil möglicher Porenbildner an der Trockenmasse liegt vorzugsweise in dem für den jeweiligen Werkstoff üblichen Rahmen.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass die Trockenmasse einen möglichst geringen Anteil an sulfathaltigen Materialien, wie Gips, Portlandzement, Anhydrit oder Bassanit oder Mischungen daraus, enthält.
    Die Trockenmasse enthält vorzugsweise sulfathaltige Materialien mit einem Gewichtsanteil von 0 bis 10 Gewichts-%, stärker bevorzugt von 0 bis 8 Gewichts-%, besonders bevorzugt von 0 bis 5 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trockenmasse.
    In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Trockenmasse keine sulfathaltigen Materialien, wie Gips, Portlandzement, Anhydrit, Bassanit oder Mischungen daraus.
  • Vorzugsweise enthält die Trockenmasse keine Fließmittel ausgewählt aus grenzflächenaktiven Substanzen, wie Naphthalinsulfonate oder Ligninsulfonate, oder dispergierende Substanzen, wie Melaminharze, Polycarboxylate oder Polycarboxylatether.
  • Aus der Trockenmasse wird durch Zugabe von Wasser die Suspension hergestellt.
  • In Verfahrensschritt b) wird aus der Suspension wie oben beschrieben ein Grünling geformt.
  • Hierzu wird die Suspension üblicherweise in eine Form gefüllt, die vorzugweise mit einem Trennmittel beschichtet oder benetzt ist.
  • Die Suspension schäumt und bläht üblicherweise in der Form durch die Bildung von Gasblasen aus einer chemischen Reaktion des Porenbildners mit der Calciumoxidquelle auf. In einigen Ausführungsformen, wie beispielsweise bei der Herstellung von Schaumbeton oder Schaumzement wird die Suspension üblicherweise zuerst geschäumt und der mineralische Schaum dann in eine Form gefüllt.
  • Die Suspension steift üblicherweise in einigen Ausführungsformen nach dem Schäumen soweit zu einem Kuchen an, dass dieser in Blöcke geschnitten werden kann und somit der Grünling erhalten wird. Die Ansteifungszeit liegt dabei vorzugsweise in dem für den jeweiligen Werkstoff üblichen Rahmen.
  • Der Grünling kann auf die oben genannten Bestandteile hin untersucht werden. Die Anteile an Calciumoxidquellen, optionalen weiteren Rohstoffquellen, Biopolymeren sowie der weiteren optionalen Zusätze können durch Abzug des Wasseranteils im Grünling auf die oben genannten Anteile in der Trockenmasse zurückgerechnet werden.
  • Dem Grünling werden vorzugsweise keine Zusätze zugesetzt, die den Anteil an Sulfat und/oder Fließmittel im Grünling erhöhen.
  • In Verfahrensschritt c) wird der Grünling aus Verfahrensschritt b) gehärtet.
  • Geeignete Verfahren zum Härten des Grünlings sind dabei:
    • - Hydrothermales Härten, Autoklavieren/Dampfhärten (Porenbeton, autoklavierte mineralische Dämmstoffe)
    • - Hydraulisches Abbinden bzw. „Härten“, an Luft bei Raumtemperatur (Schaumbeton, mineralische Dämmstoffe, zement- und/oder kalkbasiert)
    • - Hydraulisches Abbinden bzw. „Härten“ bei erhöhter Temperatur in Öfen (60 bis 200 °C) (Schaumbeton, mineralische Dämmstoffe, zement- und/oder kalkbasiert)
    • - „Härten“ und „Härten“ durch Mikrowellenanregung (physikalisches und chemisches Abbinden alkalisch aktivierter Bindersysteme (Geopolymere)
    • - Thermisches Abbinden bzw. „Härten“, Sintern (Brennen) bei stark erhöhter Temperatur z.B. in Brennöfen ab 600 °C (Feuerfestkeramik, poröse und dichte Feuerbetone, keramische Dämmstoffe, keramische Schäume), vor dem Sintervorgang (Brennen) werden die „Grünlinge“ bei moderaten Temperaturen (ca. 120 °C) getrocknet, damit beim späteren Sintern keine Risse entstehen.
    • - Abbinden bzw. „Härten“ durch Karbonatisieren an Luft mit darin enthaltenem CO2 (porosierter Luftkalkmörtel, Kalkschaum)
    • - Abbinden bzw. „Härten“ durch Karbonatisieren in CO2-Atmosphäre (porosierter Luftkalkmörtel, Kalkschaum)
    • - Abbinden bzw. „Härten“ durch Karbonatisieren in flüssigem CO2 in Druckbehältern (porosierter Luftkalkmörtel, Kalkschaum)
  • In einer Ausführungsform wird der Grünling durch Autoklavieren ausgehärtet. Diese Ausführungsform kommt vorzugsweise bei der Herstellung von erfindungsgemäßem Porenbeton zum Einsatz. In dieser Ausführungsform wird der Grünling aus Verfahrensschritt b) nun im nächsten Verfahrensschritt unter erhöhter Temperatur von 100 bis 250°C in gesättigter Wasserdampfatmosphäre autoklaviert.
  • Die Autoklavierbedingungen sind für diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht spezifisch und können je nach eingesetzten Materialien und gewünschtem Eigenschaftsprofil der zu erzielenden Werkstoffe aus den im Stand der Technik bekannten Bedingungen ausgewählt werden.
  • Üblicherweise findet der Verfahrensschritt c) in einem Autoklav statt.
  • Wasserdampf wird normalerweise über einen Dampfgenerator zugeführt.
  • Das Autoklavieren wird üblicherweise über einen Zeitraum von 2 bis 15 Stunden, vorzugsweise 3 bis 12 Stunden durchgeführt.
  • Während dieses Vorgangs härtet der Grünling aus, so dass der calciumhaltige poröse mineralische Werkstoff, vorzugsweise ein Porenbeton, entsteht.
  • Dieser wird nach Abschluss des Verfahrensschritts c) erhalten.
  • Der so erhaltene calciumhaltige poröse mineralische Werkstoff, vorzugsweise Porenbeton, weist vorzugsweise alle Merkmale und Eigenschaften wie hierin beschrieben auf.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren übernehmen die der Suspension zugefügten Biopolymere verschiedene Aufgaben:
    • Zum einen sorgen die Biopolymere für eine Stabilisierung des Grünlings. Durch diese Stabilisierung ist eine hohe Porosierung und damit eine Senkung der Trockenrohdichte des Werkstoffes möglich. Die Stabilisierung des Grünlings ist speziell zu beobachten bei Werkstoffen wie Schaumbeton, Schaumzement, alkalisch aktivierten Baustoffen, porösen Feuerfestmaterialien, porösen mineralischen Dämmstoffen für die Bauindustrie auf Schaumbetonbasis, porösen mineralischen Dämmstoffen für Industrie-Isolierungen auf Schaumbetonbasis, geschäumter Keramik, Kalkschaum, porösem Luftkalk, porösen Schallabsorbern auf mineralischer Basis oder porösen Granulaten für Leichtbeton wie oben beschrieben.
  • Eine weitere zentrale Aufgabe der Biopolymere ist ihre festigkeitssteigernde Funktion. Somit kann der Anteil an Bindemittel, speziell Zement und besonders speziell Portlandzement, bei einigen Werkstoffen reduziert werden, was zu einer Reduktion des Sulfatgehaltes in diesen Werkstoffen führt sowie die CO2-Äquivalente des finalen Werkstoffes stark reduziert. Diese Eigenschaft der Biopolymere ist speziell zu beobachten bei Werkstoffen wie Porenbeton, porösen mineralischen Dämmstoffen für die Bauindustrie auf Porenbetonbasis, porösen mineralischen Dämmstoffen für Industrie-Isolierungen auf Porenbetonbasis oder porösen Schallabsorbern auf mineralischer Basis wie oben beschrieben.
  • Weiterhin können Biopolymere den Wasserhaushalt während des Herstellungsverfahrens regulieren, indem sie das Wasserrückhaltevermögen der Mischung positiv beeinflussen.
  • Zudem tragen Biopolymere zur Einstellung der Fließfähigkeit bzw. der Schereigenschaften bei.
  • Insgesamt können die Biopolymere die Funktion von Calciumsulfat teilweise bzw. vollständig imitierten und dieses somit ersetzen.
  • Es wird angenommen, dass diese Aufgaben mit der Eigenschaft der verwendeten Biopolymere zusammenhängen, mit zweiwertigen Ionen, wie Calcium- oder Magnesiumionen, Quervernetzungen zu bilden.
    Dabei werden die Ionen von den Polymerketten komplexiert und es bilden sich Strukturen heraus, die an einen Eierkarton erinnern und zur Bildung bzw. zusätzlichen Stabilisierung eines Hydrogels führen.
    Die Strukturen sind am Beispiel von Calciumalginaten in 1 illustriert (Quelle: Fu, Shao; Thacker, Ankur; Sperger, Diana M.; Boni, Riccardo L.; Buckner, Ira S.; Velankar, Sachin et al. (2011): Relevance of rheological properties of sodium alginate in solution to calcium alginate gel properties. In: AAPS PharmSciTech 12 (2), S. 453-460).
  • Die Viskosität sowie die Schereigenschaften der Grundmasse werden hierbei im Mischprozess verändert. Zudem wird das System dadurch beeinflusst, dass Calciumionen in dem Hydrogel-System gehalten werden.
    Das Hydrogel fungiert darüber hinaus auch als Regulator für den Wasserhaushalt, was sich wiederum positiv auf einen nachfolgenden Autoklavierprozess auswirken kann.
    2 zeigt die Oberflächenstrukturen von autoklaviertem Porenbeton mit einem Zusatz von Natriumalginat (links) und Ammoniumalginat (rechts). Beide weisen eine gleichmäßige Plättchenbildung auf, wobei der Effekt bei dem Zusatz von Ammoniumalginat noch ausgeprägter zu sein scheint.
    Die Biopolymere können demnach die Aufgabe von Gips/Anhydrit/Bassanit bzw. von Bindemitteln (speziell Portlandzement) imitieren und übernehmen.
    Die oben genannten Effekte lassen sich dabei bereits mit geringen Gewichtsanteilen an Biopolymer in den erfindungsgemäßen Werkstoffen erzielen, so dass im fertigen Werkstoff nur ein geringer Anteil an Biopolymer von nicht mehr als 1,00 Gewichts-% nachweisbar ist. Aufgrund dieses geringen Gewichtsanteils sind keine aufwendigen Zulassungsverfahren der Werkstoffe notwendig. Höhere Zugaben der Biopolymere sind jedoch möglich und generell nur durch wirtschaftliche Erwägungen bezüglich der Kosten für die Rohstoffe und notwendigen zusätzlichen Zulassungsverfahren begrenzt.
    Durch den Einsatz von Biopolymeren als Stabilisatoren kann somit der Anteil von sulfathaltigen Materialien und Fließmitteln erheblich oder sogar vollständig reduziert werden. Dies führt zu ökonomischen und ökologischen Vorteilen für diese Art von Werkstoffen. Beispielsweise können die CO2-Äquivalente durch den Verzicht von Zement deutlich gesenkt werden. Zudem fallen die Werkstoffe durch die Reduktion der Sulfatanteile in eine niedrigere Deponieklasse und können vorteilhafter recycelt werden.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Biopolymeren zur Herstellung von sulfatarmen calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffen.
  • Dabei weisen die Biopolymere und die sulfatarmen calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffe vorzugsweise alle Merkmale und Eigenschaften wie hierin beschrieben auf.
  • Die Eigenschaften der Biopolymere als Stabilisatoren unterliegen dabei vorzugsweise den hierin beschriebenen Effekten.
  • Beispiele
  • 1. Messmethoden
    1. a) Dichte Die Trockenrohdichte wurde gemäß DIN EN 772-13 nach Trocknung der Würfel bei einer Temperatur von 105 ± 5°C in einem Ofen, um ein konstantes Gewicht zu erhalten, ermittelt.
    2. b) Nachweis von Biopolymeren im Werkstoff Der Nachweis der Biopolymere im Werkstoff wurde durch Extraktion mit Hilfe eines Lösungsmittels und anschließender Analyse des Extrakts durchgeführt:
      • Proben (10g) der Endprodukte wurden zermahlen und in eine alkoholische Lösung (Methanol, Ethanol usw.) gegeben. Die Menge an Lösemittel ist unkritisch und kann wie im vorliegenden Fall überproportional gewählt werden (1 Teil Feststoff, 10 Teile Lösemittel). Zur Beschleunigung kann zudem noch ein Schütteltisch, Rührer, Schüttler oder ähnliches zur Hilfe genommen werden. Das Flüssigkeitsgemisch wurde im vorliegenden Fall nach 2 Wochen abgezogen. Die im Gemisch noch vorhandenen Schwebstoffe wurden durch Zentrifugation entfernt. Die anschließende Abtrennung des Lösemittels erfolgte über Abdampfen. Hierzu wurde das Gemisch in eine Petrischale gegeben und leicht erwärmt. Der am Boden zurückbleibende Feststoff wurde dann anschließend über die IR-Spektroskopie (FTIR) identifiziert. Andere Analyseverfahren sind aber ebenso möglich (Raman, GC/MS etc.).
    3. c) Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) zur Ermittlung der Gewichtsanteile der Inhaltsstoffe im Werkstoff Für die XRF Analyse wurden zunächst Presslinge der Werkstoffproben hergestellt:
      • Die Probe wurde mit Hilfe einer Planentenkugelmühle mit Wolframcarbid-Mahlwerkzeug zerkleinert. Hierfür wurden 4-6 ml der Probe in den Mahlbecher mit fünf Mahlkugeln gegeben und bei 300 U/min drei Minuten lange gemahlen. Die gemahlene Probe wurde über ein Analysensieb bei 50 µm Maschenweite gegeben. Ein entsprechender Rückstand auf dem Sieb, wurde erneut drei Minuten lang bei 300 U/min gemahlen. Dieser Vorgang wurde so lange wiederholt, bis die gesamte Probe eine Partikelgröße von <50 µm hatte. Auf Grund mehrerer Mahlvorgänge musste die Gesamtprobe homogenisiert werden, indem sie in einen Probenbecher gegeben und eine Minute lange geschüttelt wurde. Die Verwendung anderer Mühlenarten, Mahlkörper und Mahlparameter ist ebenfalls denkbar.
      • Für die Herstellung des Presslings wurden fünf Gramm der vorher zerkleinerten Probe mit 1,25 g Bindemittel, typischerweise Wachs, in einem Probenbecher gemischt, indem drei kleine Stahlkügelchen mit hinzugegeben wurden und der Becher eine Minute lange geschüttelt wurde. Das homogenisierte Probe-Bindemittel-Gemisch wurde über ein 50 µm Sieb in das vorbereitete Presstool gegeben und bei einem Druck von 25 t eine Minute lang gepresst. Nach einer Minute wurde der Druck langsam abgelassen. Hierbei wurde darauf geachtet, dass die Luft nicht abrupt entwich, da dies zur Rissbildung in der Tablette führen kann. Der fertige Pressling wurde begutachtet und auf folgende Kriterien hin beurteilt:
        • - Ebenheit der Oberfläche
        • - Homogenität der Oberfläche (Ziel: Keine Separation von Bindemittel und Probe zu erkennen)
  • Für die XRF Analyse wurde ein Röntgenspektrometer mit Helium-Fluss verwendet. Die fertigen Presslinge wurden in das betriebsbereite Röntgenspektrometer eingesetzt und in Messposition gebracht. Bei der Messung von Proben unbekannter Zusammensetzung ist eine qualitative Analyse voranzustellen, um mögliche Linienüberlagerungen zu erkennen. Die Referenzproben sind unter gleichen Bedingungen zu messen. Die Messdaten wurden mit der entsprechenden Software geöffnet und ausgewertet.
  • 2. Herstellung der Suspensionen
  • Es wurde eine Suspension hergestellt aus Trockenmasse nach Tabelle 1 und Wasser mit einem Wasser/Trockenmasse-Verhältnis vom 0,7. Tabelle 1: Zusammensetzung der Trockenmasse der Suspension
    Material Anteil in der Trockenmasse [Gew.-%]
    Quarzsand 53,95
    Zement 10,00
    Calciumoxid 26,00
    Kalksteinmehl 10,00
    Biopolymer 0,05
  • Als Biopolymere wurden Alginsäure (sample 1), Ammoniumalginat (sample 2) und Natriumalginat (sample 3) jeweils mit dem oben genannten Anteil eingesetzt. Somit wurden drei verschiedene Suspensionen mit unterschiedlichem Biopolymer angesetzt.
  • 3. Herstellung von Porenbeton
  • Die drei Suspensionen wurden in Formen gegossen. Nach dem Blähvorgang wurden die angesteiften Grünlinge anschließend in einem Autoklav unter folgenden Bedingungen autoklaviert:
    • • Dauer: 6 Stunden
    • • Druck: 12-13 bar absolut (Sattdampf)
    • • Temperatur: ca. 180-195 °C
  • Die so erhaltenen mineralischen Werkstoffe (Porenbeton) weisen folgende chemische Zusammensetzungen auf wie in Tabelle 2 aufgelistet. Die Gewichtsanteile der verschiedenen Inhaltsstoffe der Porenbetone wurden durch Röntgenfluoreszenzanalyse ermittelt. Tabelle 2: Chemische Zusammensetzung des Porenbetons der Samples 1-3:
    Sample 1 Sample2 Sample3
    Inhaltsstoff Anteil Einheit Inhaltsstoff Anteil Einheit Inhaltsstoff Anteil Einheit
    MgO 0,571 Gew.-% MgO 0,623 Gew.-% MgO 0,567 Gew.-%
    Al2O3 1,384 Gew.-% Al2O3 1,281 Gew.-% Al2O3 1,292 Gew.-%
    SiO2 50,87 Gew.-% SiO2 50,282 Gew.-% SiO2 50,237 Gew.-%
    SO3 0,482 Gew.-% SO3 0,511 Gew.-% SO3 0,504 Gew.-%
    K2O 0,258 Gew.-% K2O 0,24 Gew.-% K2O 0,248 Gew.-%
    CaO 45,655 Gew.-% CaO 46,259 Gew.-% CaO 46,335 Gew.-%
    TiO2 653 ppm TiO2 606 ppm TiO2 612,4 ppm
    Fe2O3 0,443 Gew.-% Fe2O3 0,454 Gew.-% Fe2O3 0,458 Gew.-%
    NiO 7 ppm CuO 43,5 ppm CuO 35,1 ppm
    CuO 45,2 ppm ZnO 36,8 ppm ZnO 34,5 ppm
    SrO 420,4 ppm SrO 419,8 ppm SrO 421,1 ppm
    ZrO2 66,2 ppm ZrO2 70,8 ppm ZrO2 64,2 ppm
    Ag2O 0,172 Gew.-% Ag2O 0,179 Gew.-% Ag2O 0,186 Gew.-%
    SnO2 124,7 ppm SnO2 132,5 ppm SnO2 145 ppm
  • Materialproben der Porenbetone der Samples 1-3 wurden gemäß oben beschriebener Messmethode b) weiterhin mittels FTIR auf ihren Alginsäure- bzw. Alginatgehalt hin untersucht. In FTIR Spektren in 3 sind Peaks zu identifizieren, die sich Alginsäure bzw. deren Salze zuordnen lassen. Der Zusatz von Biopolymeren lässt sich somit am Endprodukt nachweisen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19632666 C1 [0033]
    • DE 10314879 A1 [0033]
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    • Quelle: Fu, Shao; Thacker, Ankur; Sperger, Diana M.; Boni, Riccardo L.; Buckner, Ira S.; Velankar, Sachin et al. (2011): Relevance of rheological properties of sodium alginate in solution to calcium alginate gel properties. In: AAPS PharmSciTech 12 (2), S. 453-460 [0078]
    • DIN EN 772-13 [0082]

Claims (12)

  1. Calciumhaltige, poröse, mineralische Werkstoffe mit einem Sulfatgehalt von nicht mehr als 1,5 Gewichts-% und einem Gehalt an Biopolymeren im Bereich von 0,001 bis 5,00 Gewichts-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Werkstoffe.
  2. Die Werksstoffe gemäß Anspruch 1, die keinen nachweisbaren Gehalt an Fließmitteln haben.
  3. Die Werkstoffe gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Biopolymere ausgewählt sind aus Polysacchariden wie Alginsäure und deren Derivate, wie Alginsäure, Natriumalginat, Kaliumalginat, Ammoniumalginat, Calciumalginat und Propylenglykolalginat, Pektin(e) und dessen Derivate, wie hochveresterte Pektine mit einem Veresterungsgrad von mehr als 50%, niederveresterte Pektine mit einem Veresterungsgrad von 5-50%, Pektinsäuren und Amidopektine, Poly-L-Guluronsäure und deren Derivate, Poly-D-Mannuronsäure und deren Derivate, Agar-Agar, Carrageen, Furcellaran, Traganth, Gummi arabicum, Xanthan, Karaya, Gellan sowie Mischungen daraus.
  4. Die Werkstoffe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Trockenrohdichte von 50 kg/m3 bis 1000 kg/m3.
  5. Die Werkstoffe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgewählt aus der folgenden Liste: • Porenbeton • Schaumbeton / Schaumzement • Alkalisch aktivierte Baustoffe (Geopolymere) • Poröse Feuerfestmaterialien (Feuerfestkeramik, Feuerbeton), i.e. Materialien, welche in Hochtemperaturprozessen (> 600 °C) eingesetzt werden bzw. zur Auskleidung von Öfen oder thermischen Aggregaten verwendet werden • Poröse mineralische Dämmstoffe für die Bauindustrie auf Schaumbeton-(hydraulisch) oder Porenbetonbasis (autoklaviert) • Poröse mineralische Dämmstoffe für Industrie-Isolierungen von Leitungen, Behältern, Kesseln, Öfen, Wärmeschränken auf Schaumbeton- (hydraulisch) oder Porenbetonbasis (autoklaviert) • Geschäumte Keramik • Kalkschaum • Poröser Luftkalk, erhärtet durch Karbonatisierung an Luft oder CO2-angereicherter Atmosphäre oder in flüssigem CO2 • Poröse Schallabsorber auf mineralischer Basis • Poröse Granulate für Leichtbeton
  6. Verfahren zur Herstellung von calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte: a) Herstellen einer wässrigen Suspension enthaltend eine Calciumoxidquelle, optional eine oder mehrere weitere mineralische Rohstoffquellen und ein oder mehrere Biopolymere; b) Herstellen eines Grünlings aus der Suspension aus Verfahrensschritt a); c) Härten des Grünlings aus Verfahrensschritt b); d) Erhalten des calciumhaltigen, porösen mineralischen Werkstoffes.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Biopolymere ausgewählt sind aus Polysacchariden wie Alginsäure und deren Derivate, wie Alginsäure, Natriumalginat, Kaliumalginat, Ammoniumalginat, Calciumalginat und Propylenglykolalginat, Pektin(e) und dessen Derivate, wie hochveresterte Pektine mit einem Veresterungsgrad von mehr als 50%, niederveresterte Pektine mit einem Veresterungsgrad von 5-50%, Pektinsäuren und Amidopektine, Poly-L-Guluronsäure und deren Derivate, Poly-D-Mannuronsäure und deren Derivate, Agar-Agar, Carrageen, Furcellaran, Traganth, Gummi arabicum, Xanthan, Karaya, Gellan sowie Mischungen daraus.
  8. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Gewichtsanteil der Biopolymere in der Trockenmasse der Suspension im Bereich von 0.001 bis 5.0 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trockenmasse, liegt.
  9. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Trockenmasse der Suspension sulfathaltige Materialien mit einem Gewichtsanteil von 0 bis 10 Gewichts%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trockenmasse, enthält.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die sulfathaltigen Materialien ausgewählt sind aus Gips, Anhydrit, Bassanit, Portlandzement und Mischungen daraus.
  11. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Trockenmasse der Suspension frei ist von Fließmitteln.
  12. Die Verwendung von Biopolymeren zur Herstellung von sulfatarmen calciumhaltigen, porösen, mineralischen Werkstoffen.
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