DE102021125435A1

DE102021125435A1 - Verfahren zur Bereitstellung eines gipsbasierten Baustoffes

Info

Publication number: DE102021125435A1
Application number: DE102021125435.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Bellmann; Hans-Bertram Fischer; Horst-Michael Ludwig
Original assignee: Bauhaus Universitaet Weimar
Current assignee: Bauhaus Universitaet Weimar
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines gipsbasierten Baustoffes wobei einem Gipsbinder eine vorgegebene Menge eines Hüttennebenproduktes beigemischt wird. Als Hüttennebenprodukt kommt erfindungsgemäß ein durch Granulation von flüssiger Hochofenschlacke mit Wasser und/oder Luft gebildeter, feingemahlener Hüttensand, beispielsweise mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von im Wesentlichen 3000 - 4000 cm2/g nach Blaine, zum Einsatz. Hüttensand und Gipsbinder werden homogenisiert und trockengemischt. Zur Reaktionsbeschleunigung kann eine geringe Menge Portlandzement hinzugefügt werden. Die Mischung steht frei von irgendwelchen thermischen Behandlungsschritten dann unmittelbar für die an sich bekannte Verarbeitung zur Verfügung. Im Ergebnis der Aushärtung des Baustoffes bei Raumtemperatur ergibt sich ein auch bei Durchfeuchtung weitgehend festigkeitsverlustfreies Produkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines gipsbasierten Baustoffes, wobei einem Gipsbinder eine vorgegebene Menge eines Hüttennebenerzeugnisses beigemischt wird, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein hiernach hergestelltes Bindemittel und die Verwendung eines dementsprechenden Baustoffes.
Gegenüber anderen Bindemitteln hat Gips viele Vorteile. Zu diesen Vorteilen zählen eine schnelle Erhärtung, gute Recyclingfähigkeit, eine vielseitige Anwendbarkeit und eine klimafreundliche Herstellung.
Bei der Anwendung im bauseitigen Innenbereich besitzt Gips bzw. hieraus hergestellte Produkte eine raumluftregulierende Eigenschaft.
Im Unterschied zu den Brennvorgängen bei Zement und Kalk werden für die Produktion von Gipsbindern nur wesentlich geringere Brenntemperaturen benötigt. Maßgebliche Kohlendioxidemissionen entstehen nicht.
Allerdings ist die Empfindlichkeit gegenüber Feuchte bei Gips oder Gipsmaterialien sehr nachteilig.
Wenn Baustoffe oder Bauteile aus Gips für längere Zeit unter Feuchteeinfluss stehen, kommt es zu einem empfindlichen Festigkeitsverlust und auch teilweise zur Lösung von Gipsbestandteilen.
Aus diesem Grunde ist die Anwendung von gipshaltigen Produkten, wie zum Beispiel Gipsputzen oder Gipsplatten im baulichen Außenbereich kaum oder nur eingeschränkt möglich.
Der bekannte Einsatz von Hydrophobierungsmitteln oder ähnlichen Produkten der organischen Chemie kann einen derartigen Prozess des Festigkeitsverlustes zwar verzögern, jedoch nicht grundsätzlich verhindern.
Aus der DE 40 39 319 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von leichtgewichtigen, mit einer Porenstruktur versehenen, platten- oder blockförmigen Gipsbaustoffen, insbesondere Wandbauplatten, vorbekannt, wobei Calciumsulfat-Alphahalbhydrat, Wasser in einer etwas überstöchiometrischen Menge und Abbindeverzögerer und/oder -beschleuniger für Gips und Additive unter Bildung einer gießfähigen Aufschlämmung gemischt und einer geeigneten Formgebung unterworfen werden.
Als gemahlenes Calciumsulfat-Alphahalbhydrat kommt ein solches mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine > 2000 cm²/g, vorzugsweise etwa im Bereich von 3000 - 4000 cm²/g zum Einsatz.
Gegebenenfalls kann zusätzlich Calciumsulfat-Betahalbhydrat in einer Menge bis etwa 30 Gew.-% bezogen auf das Calciumsulfat-Alphahalbhydrat sowie ein vorgefertigter Tensidschaum der Aufschlämmung beigemischt werden.
Durch die vorstehend kurz beschriebene Maßnahme soll ein leichter Gipsbaustoff mit möglichst gleichmäßig verteilten Luftporen von im Wesentlichen gleichbleibender Größe bei hoher Festigkeit und vorbestimmter Rohdichte der Produkte hergestellt werden können.
Bei einer Weiterbildung gemäß der Lehre nach DE 40 39 319 A1 werden 100 Gew.-Teilen Gips bis zu 120, insbesondere bis zu 60 Gew.-Teilen, gemahlener Hüttensand und/oder Braunkohle und/oder Steinkohle- und/oder Wirbelschichtasche zugemischt. Darüber hinaus ist eine Zugabe von Tensidschaum notwendig.
Ergänzend kann noch ein Kalkträger in Form von Kalkhydrat oder Portlandzement in geringer Menge zugesetzt werden.
Zum Erreichen der gewünschten Eigenschaften ist es notwendig, dass der entformte Gipsbaustoff einer Warmbehandlung, insbesondere einer Sattdampfbehandlung, unterworfen wird.
Bei dem wasserfesten Gips bzw. Gipszement nach DE 38 31 671 A1 wird auf REA-Gips und den Hüttennebenerzeugnissen Hüttenkalk und/oder Hüttensand zurückgegriffen.
Die Mischung aus REA-Gips und den vorerwähnten Hüttennebenerzeugnissen wird einer Temperaturbehandlung unterzogen, um den Gipsanteil in der Mischung zu Anhydrit und Bassanit umzuwandeln. Weiterhin soll durch die Temperaturbehandlung das Calciumoxid aus den Hüttennebenerzeugnissen angeregt werden. Die aktivierten Hüttennebenerzeugnisse Hüttensand und Hüttenkalk, die chemisch gleichwertig sind, bilden mit dem Anhydrit bei Wasserzugabe eine wasserfeste Einheit.
Als Alternative ist nach DE 38 31 671 A1 vorgeschlagen, den REA-Gips und die weiteren Komponenten einer getrennten thermischen Behandlung zu unterziehen. Hierbei ist auch der Hüttensand einer Temperaturbehandlung von mindestens 150 Grad Celsius zu unterziehen.
Aus der DE 31 24 521 A1 ist ein Sulfathüttenzement vorbekannt, der ein feingemahlenes Gemisch von 78-85 % basischer Hochofenschlacke, 10-18 % Calciumsulfat, als Anhydrit berechnet, und 1-6 % Portlandklinker umfasst.
Es hat sich gezeigt, dass bei entsprechend gipsbasierten Baustoffen die Zugabe von Portlandzementklinker mit einem zu hohen Anteil problematisch ist, weil dies zu gefährlichen Treibreaktionen und damit zu einer Verschlechterung der Produkteigenschaften führt.
Auch die Lösung zur Herstellung eines wasserfesten Gipsmaterials nach DE 38 31 671 A1 ist im Hinblick auf die dort erforderliche Temperaturbehandlung aufwändig. Hinzu kommt ein notwendiges Abschrecken mit nachgeordneten Mahlen des Gemenges, um den entsprechenden Baustoff bereitzustellen, der dann die notwendigen hydraulisch-reagierenden Produkteigenschaften aufweist.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Bereitstellung eines gipsbasierten Baustoffes anzugeben, welches sicherstellt, dass ein entsprechendes Produkt, welches auf dem erfindungsgemäßen Baustoff basiert, keinen nennenswerten Festigkeitsverlust bei einer dauerhaften Durchfeuchtung aufweist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein verfahrensgemäß bereitgestelltes hydraulisches Bindemittel und eine Verwendung eines derartigen Baustoffes anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren gemäß der Lehre nach Anspruch 1, einem hydraulischen Bindemittel nach Anspruch 8 sowie einer Verwendung gemäß der Lehre nach Anspruch 9.
Zum Erreichen der gemäß Aufgabenstellung gewünschten Eigenschaften wird der Gipsbinder vor Erhärtung mit fein- bis feinstgemahlenem Hüttensand gemischt.
Bei der chemischen Reaktion des Hüttensandes mit Gips und Wasser entstehen Ettringit und calciumarme C-S-H Phasen.
Diese C-S-H Phasen sind feuchteunempfindlich und gewährleisten eine bessere Festigkeit des Baustoffes bei einer Durchfeuchtung.
Diese Eigenschaft beruht auf der geringen Löslichkeit und der großen Feinheit der C-S-H Phasen.
Um die Reaktion des Hüttensandes zu beschleunigen, wird ein optimaler pH-Wert eingestellt.
Zur Einstellung des pH-Wertes können sehr geringe Mengen an Portlandzementklinker, konkret weniger als 10, bevorzugt weniger als 5, insbesondere bevorzugt weniger als 2 Masse-% zugegeben werden.
Grundsätzlich wird eine höhere Konzentration an Portlandzementklinker, insbesondere eine Konzentration von ≥ 10 Masse-% vermieden, um unerwünschte Treibreaktionen auszuschließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung eines gipsbasierten Baustoffes geht also davon aus, einem Gipsbinder eine vorgegebene Menge eines Hüttennebenproduktes beizumischen.
Erfindungsgemäß wird als Hüttennebenprodukt ein durch Granulation von flüssiger Hochofenschlacke mit Wasser und/oder Luft gebildeter, feingemahlener Hüttensand, insbesondere mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von im Wesentlichen 2000 - 5000 cm²/g nach Blaine eingesetzt.
Zur späteren Reaktionsbeschleunigung kann die erwähnte Hinzufügung einer geringen Menge von Portlandzement erfolgen.
Das Gemenge wird dann einer Homogenisierung durch einen Trockenmischschritt unterzogen und hiernach frei von irgendeiner thermischen Behandlung unmittelbar dem Anwender zur Verfügung gestellt. Hiernach entsteht ein Produkt, das nach an sich bekanntem Anmischen mit Wasser durch den Anwender im Prozess der Aushärtung bei Raumtemperatur oder darunter, ggf. aber auch unter Wärmeeinwirkung ein auch bei Durchfeuchtung festigkeitsverlustfreies Verhalten zeigt.
Die Zugabemenge von Portlandzement liegt z.B. im bevorzugten Bereich von 0,5 bis ≤ 2 Masse-%, kann aber auch im Bereich von 0,0 bis unter 10 Masse-% liegen.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Zugabe von Portlandzement zur Einstellung eines gewünschten, reaktionsbeschleunigenden pH-Wertes der Mischung.
Dabei wird eine pH-Werteinstellung mit einem Zielbereich von im Wesentlichen pH 10-15, bevorzugt pH 12-13, vorgenommen.
Als Gipsbinder wird bevorzugt Beta-Halbhydrat oder Anhydrit eingesetzt.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus ein hydraulisches Bindemittel, hergestellt nach dem vorangehend geschilderten Verfahren.
Erfindungsgemäß ist eine Verwendung eines Baustoffes auf der Basis der erfindungsgemäßen Lösung in feuchter, insbesondere dauerfeuchter Umgebung, hier wiederum insbesondere im baulichen Außenbereich möglich und vorgesehen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines den Erfindungsgegenstand nicht beschränkendes Beispiels näher erläutert werden.
Zur Schaffung einer Vergleichsbasis wurden aus Stuckgips Mörtelprismen bei einem Wasser-/Bindemittelwert von 0,78 hergestellt.
Die Druckfestigkeit derartiger Mörtelprismen betrug im trockenen Zustand 10,1 MPa.
Nach einer Wasserlagerung wurde eine Reduzierung der Festigkeit auf 3,6 MPa ermittelt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel wurde anstelle eines reinen Stuckgipses eine Mischung aus ca. 74 Gew.-% Stuckgips, ca. 25 Gew.-% feingemahlener Hüttensand und im Wesentlichen 0,75 Gew.-% Portlandzement eingesetzt.
Nach Aushärten hieraus hergestellter Mörtelprismen ergab sich eine Druckfestigkeit im trockenen Zustand von 16,3 MPa.
Nach Wasserlagerung reduzierte sich die Druckfestigkeit nur auf einen Bereich von 10,7 MPa, was belegt, dass durch die erfindungsgemäße Zugabe des Hüttensandes und frei von thermischen Behandlungsschritten sich ein deutlich höheres Festigkeitsniveau entsprechender, aus dem vorgestellten Baustoff hergestellter Produkte ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4039319 A1 [0009, 0013]
DE 3831671 A1 [0016, 0018, 0021]
DE 3124521 A1 [0019]

Claims

Verfahren zur Bereitstellung eines gipsbasierten Baustoffes, wobei einem Gipsbinder eine vorgegebene Menge eines Hüttennebenerzeugnisses beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüttennebenprodukt ein durch Granulation von flüssiger Hochofenschlacke mit Wasser und/oder Luft gebildeter, fein- bis feinstgemahlener Hüttensand eingesetzt wird und zur späteren Reaktionsbeschleunigung eine geringe Menge Portlandzement hinzufügbar ist, wobei das Gemenge einer Homogenisierung durch einen Trockenmischschritt unterzogen wird und hiernach frei von thermischen Behandlungsschritten unmittelbar zur Verfügung steht, wobei nach einem anwenderseitig an sich bekannten Anmischen mit Wasser im Prozess der Aushärtung bei Raumtemperatur oder darunter ein auch bei Durchfeuchtung festigkeitsverlustfreies Produkt resultiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hüttensand mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von im Wesentlichen 2000 bis 5000 cm²/g, bevorzugt 3000 bis 4000 cm²/g nach Blaine eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabemenge von Portlandzement im Bereich von 0,0 bis ≤ 10, bevorzugt 0,5 bis ≤ 5, insbesondere ≤ 2 Masse-% liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von Portlandzement zur Einstellung eines gewünschten, reaktionsbeschleunigenden, prozesssignifikanten pH-Wertes der Mischung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine pH-Wert-Einstellung mit einem Zielbereich von im Wesentlichen pH 10-15, bevorzugt pH 12-13, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gipsbinder bevorzugt Beta-Halbhydrat oder Anhydrit eingesetzt wird.
Verfahren nach einen der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Gipsbinder zum fein- bis feinstgemahlenen Hüttensand im Bereich von im Wesentlichen von 5:1, bis zu insbesondere 3:1 liegt.
Hydraulisches Bindemittel, hergestellt nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung eines Baustoffes, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in feuchter, insbesondere dauerfeuchter Umgebung, hier insbesondere im baulichen Außenbereich.