DE10232180A1

DE10232180A1 - Verfahren zur Herstellung von Porenbeton

Info

Publication number: DE10232180A1
Application number: DE2002132180
Authority: DE
Inventors: Horst Lohrmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-17
Also published as: DE10232180B4; WO2004007393A1; EP1521727A1; AU2003238027A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Porenbeton aus einer Mischung, die quarzhaltigen Sand und/oder quarzhaltiges Gesteinsmehl, gebrannten Kalk enthaltendes Bindemittel, Wasser und einen Porenbildner sowie gegebenenfalls Zement und/oder Anhydrit umfasst. Erfindungsgemäß wird der gebrannte Kalk mit Wasser im Wesentlichen vollständig gelöscht, bevor der Porenbildner der Mischung zugesetzt wird. Durch diese Vorgehensweise wird erreicht, dass die Porosierung in einer Mischung konstanter Temperatur und gleichbleibend hoher Konsistenz durchgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert gut reproduzierbare Porosierungsergebnisse und einen Porenbeton sehr niedriger Trockenrohdichte bei gleichzeitig hoher Druckfestigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Porenbeton und insbesondere ein Verfahren, welches eine bessere Kontrolle des Porosierungsvorgangs erlaubt und damit die Herstellung von Porenbeton niedriger Rohdichte bei erhöhter Druckfestigkeit.

In jüngster Zeit ist zunehmend Porenbeton gefragt, der eine noch höhere Porosität, das heißt eine niedrigere Rohdichte, und eine hohe Wärmedämmung aufweist (vergleiche zum Beispiel DIN 4165 E vom März 2001). Die Herstellung von Porenbeton niedriger Rohdichten von gleichbleibender Qualität ist in der Praxis jedoch schwierig, einerseits wegen der Schwankungen in den Ausgangsstoffen, andererseits und hauptsächlich jedoch wegen der Schwierigkeiten bei einer reproduzierbaren Durchführung des Treibprozesses.

In den bekannten Verfahren zur Herstellung von Porenbeton werden die Ausgangsstoffe – üblicherweise Branntkalk (Feinkalk), Zement, gemahlener, quarzhaltiger Sand, Wasser und ein Porenbildner wie Aluminiumpulver, gegebenenfalls in Anwesenheit weiterer Zusatzstoffe wie Anhydrit (Calciumsulfat) – in einer festgelegten Reihenfolge kurz nacheinander in einen Mischer gegeben und innerhalb einer Gesamtmischzeit von wenigen Minuten gemischt. Beim Ablassen der Mischung besitzt diese eine Temperatur von etwa 35 bis 40 °C, unter anderem deshalb, weil eine Anfangsreaktion des Branntkalks unter Bildung von Kalkhydrat nicht zu vermeiden ist.

Nach dem Einfüllen der fließfähigen Mischung in eine Gießform (Volumen zum Beispiel etwa 4 m³) steigt die Mischungstemperatur infolge der stark exothermen Reaktion des Branntkalks mit Wasser stetig an und erreicht je nach Rezeptur Werte von etwa 75 bis 95 °C. Gleichzeitig steift die Mischung zunehmend an, und zwar sowohl durch die Bindung von freiem Wasser an das Calciumoxid des Branntkalks als auch durch Bildung von hochdispersem Kalkhydrat.

Zement in der Mischung verzögert die Kalk- und Aluminiumreaktion. Die verfestigende Wirkung in der Mischung setzt jedoch erst merklich später ein, wenn die Porosierung bereits erfolgt ist. Ziel ist hier unter anderem, eine bestimmte Sägereife der Mischung zu einem gewünschten Zeitpunkt zu erreichen.

Kennzeichnend für die Herstellung von Porenbeton nach den bekannten Verfahren ist, dass die Reaktion des Porenbildners (des Aluminiumpulvers) mit dem Calciumhydroxid im Verlauf zunehmender Mischungstemperatur und steigender Konsistenz der Gießmasse erfolgt. Die Porosierung findet daher unter sich ständig ändernden physikalischen, chemischen und Theologischen Bedingungen statt. Dies bedeutet, dass im Gesamtsystem Fest-Flüssig-Gasförmig sowohl bezüglich der Ausbildung der Phasengrenzen Fest-Flüssig-Gasförmig als auch bezüglich der Gasphase selbst, deren Temperatur und Druck und folglich auch Volumen von der ständig zunehmenden Temperatur der Gießmasse beeinflusst wird, höchst komplexe Zwischenstadien zu durchlaufen sind, bis das Treibmaximum erreicht ist. Hinzu kommt noch ein ständig steigender, weil ebenfalls temperaturabhängiger Wasserdampf-Partialdruck, der gemeinsam mit dem aus der Aluminiumreaktion gebildeten Wasserstoff den Gesamtdruck in der Pore bildet.

Die Gasbildung ist besonders in der Frühphase der Kalkhydratation kritisch für den Porenbeton, weil noch keine stabilen Phasengrenzen ausgebildet sind und daher eine diffuse Gasverteilung zu feinsten Poren in der gesamten Gießmasse führt, wodurch die Festigkeit des späteren Feststoffgerüsts beeinträchtigt wird. Auch ist die erreichte Treibhöhe besonders bei sehr leichtem Porenbeton, zum Beispiel der Rohdichteklasse 0,40 nach DIN 4165, mit Trockenrohdichten zwischen 0,35 und 0,40 kg/dm³, vielfach nicht beständig, weil Gas ausbläst und die Masse bis zu mehreren Prozent der Gesamthöhe zusammenfällt. Dadurch steigt die Rohdichte wieder an.

Problematisch für den Treibprozess sind neben den Temperaturschwankungen auch die Schwankungen in der Konsistenz der Gießmasse während des Porosierungsvorgangs. Die Konsistenzänderung von anfangs niedriger Konsistenz der Mischung zu hoher Konsistenz am Ende des Treibprozesses zwingt, ebenso wie der ständige Temperaturanstieg, zur Überdosierung des Aluminiumpulvers, um die gewünschte Treibhöhe zu erreichen. Die Überdosierung ist dabei um so größer, je höher die Anfangskonsistenz, das heißt je niedriger der Wassergehalt der Mischung ist. Folge der Überdosierung sind Gasausbrüche, Zurückfallen der Masse, Gefügestörungen und Qualitätsmängel. Als Folge davon wird üblicherweise ein möglichst hoher Wassergehalt der Mischung gewählt (mit Wasser-Feststoffwerten um 0,6), um die Porosierung bei möglichst niedrigen Konsistenzwerten vornehmen zu können. Das Resultat ist jedoch ein Anstieg der Kapillarporen im Feststoffgerüst und ein Absinken der Festigkeit des gehärteten Porenbetons.

Es bestand daher ein Bedarf an einem Verfahren, welches zu Porenbeton, besonders Porenbeton mit niedriger Trockenrohdichte, von gleichbleibend hoher Qualität führt. Insbesondere bestand ein Bedarf an einem derartigen Verfahren, welches die Durchführung der Porosierungsprozesses unter kontrollierbaren Bedingungen erlaubt.

Aufgabe der Erfindung ist es entsprechend, ein solches Verfahren anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1. Weitere Verfahrensvarianten sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den Verfahren des Standes der Technik darin, dass zunächst der gebrannte Kalk mit Wasser im Wesentlichen vollständig gelöscht wird, bevor der Porenbildner der Mischung für die Herstellung des Porenbetons zugesetzt wird. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise führt dazu, dass die Kalkhydratation und die Bildung des hochdispersen Kalkhydrats bereits im Wesentlichen vollständig abgeschlossen ist, bevor der Porenbildner zugefügt wird. In den herkömmlichen Verfahren dagegen findet die Kalkhydratation gleichzeitig mit dem Treibvorgang statt. Die fortschreitende Kristallisation des sukzessiv entstehenden Kalkhydrats führt dabei zu immer neuen Gefügeverzahnungen, vor allem im späteren Stadium der Kalkhydratation. Rheologisch wird dabei ein so genannter Anlasswert wirksam; es ist also eine bestimmte zusätzliche Kraft erforderlich, damit eine Porenvergrößerung stattfinden kann. In den herkömmlichen Mörtelsystemen bei der Herstellung des Porenbetons besitzt das System Fest-Flüssig daher eine andere Konstitution und damit einen anderen inneren Aufbau des Systems aus Feststoffteilchen und Wasser, als dies im Mörtelsystem des erfindungsgemäßen Verfahrens der Fall ist.

Im erfindungsgemäßen Verfahren bestehen für die Porenbildung über den gesamten Porosierungsprozess hinweg gleichbleibende Voraussetzungen für den Aufbau der Phasengrenzen zwischen dem System Fest-Flüssig einerseits und der Gasphase andererseits. Dabei kommt dem hochdispersen Kalkhydrat, das von Anfang an im Wesentlichen vollständig zur Verfügung steht, im Zusammenwirken mit der Oberflächenspannung des Wassers besondere Bedeutung zu. Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Porenbildung bei konstanter Konsistenz der Mischung. Jede Veränderung in den Ausgangsstoffen und der Rezeptur hat daher eindeutige Auswirkungen auf die Porosierung, so dass sich gezielte Steuerungsmöglichkeiten über die Zusammensetzung der Mischung ergeben.

Zudem kann der Porosierungsvorgang bei im Wesentlichen konstanter Temperatur durchgeführt werden. Im Unterschied zu den Verfahren des Standes der Technik, bei denen Temperaturanstiege um 40 bis 50 °C während des Porosierungsvorgangs die Regel sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, dass die Temperaturschwankung während der Porenbildung nur maximal etwa ± 2 °C beträgt. Grund hierfür ist, dass die exotherme Kalkhydratation im erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen abgeschlossen ist, bevor der Porosierungsvorgang ausgelöst wird. In Folge der Durchführung der Porenbildung bei konstanter Temperatur ist die Intensität der Gasbildung allein vom Porenbildner und dessen spezifischer Oberfläche abhängig und kann zudem gezielt dadurch beeinflusst werden, dass die Temperatur der Mischung während der Porenbildung auf eine geeignete Temperatur eingestellt wird. Gegenüber den herkömmlichen Verfahren ergibt sich damit der deutliche Vorteil, dass die angestrebte Volumenzunahme der Mischung praktisch proportional zur Dosierung des Aluminiumpulvers erfolgt.

Ein weiterer entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren besteht darin, dass die Porosierung bei hoher Konsistenz der Mischung durchgeführt werden kann. Die Wassergehalte beziehungsweise die Wasser-Feststoff-Werte können also deutlich unter den bisher praktikablen Werten liegen. Entsprechend steigt die Festigkeit des fertigen, dampfgehärteten Porenbetons. Konkret können beispielsweise im erfindungsgemäßen Verfahren für die niedrigen Porenbeton-Rohdichteklassen 0,30 bis 0,40 Wasser-Feststoff-Werte von 0,40 bis 0,55 und insbesondere 0,45 bis 0,55 verwirklicht werden, während in den bekannten Verfahren Werte um 0,6 in Anwendung sind. Dabei werden deutlich höhere Druckfestigkeiten erreicht, als dies bisher im Stand der Technik möglich war. Beispielsweise lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Porenbetone herstellen, welche bei einer Trockenrohdichte nach DIN 4165 von 0,30 oder 0,35 kg/dm³ eine Druckfestigkeit von mindestens 2,0 N/mm² besitzen. Bisher waren hier etwa 1,6 N/mm² möglich. Während im Stand der Technik für die Rohdichteklasse 0,40 nach DIN 4165 bislang Druckfestigkeiten von etwa 2,0 N/mm² erreicht wurden, erzielt das erfindungsgemäße Verfahren hier Druckfestigkeiten von mindestens 2,5 N/mm².

Als Porenbildner im erfindungsgemäßen Verfahren können grundsätzlich alle im Stand der Technik üblichen Porenbildner und Treibmittel verwendet werden. Besonders geeignet ist Aluminium, beispielsweise in Form von Aluminiumpulver oder Aluminiumpaste. Besonders bevorzugt ist passiviertes Aluminium, dessen Reaktionsfähigkeit ausreichend gebremst ist, um den Treibprozess unter besonders konstanten Bedingungen durchführen zu können. Wegen der gleichbleibenden Bedingungen im Verlauf der Porosierung können im erfindungsgemäßen Verfahren jedoch auch andere Porenbildner wie beispielsweise Schaummittel eingesetzt werden.

Im erfindungsgemäßen Verfahren können grundsätzlich die gleichen Ausgangsstoffe verwendet werden, die auch bisher bei der Herstellung von Porenbeton eingesetzt wurden. Neben quarzhaltigem Sand und/oder quarzhaltigem Gesteinsmehl, gebrannten Kalk enthaltendem Bindemittel, Wasser und einem Porenbildner kann die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Mischung weitere bei der Porenbetonherstellung übliche Zusätze enthalten wie Zement und/oder Anhydrit. Zement in der Mischung dient der Aussteifung der Masse bis zur Sägereife und wird zweckmäßig so verwendet, dass die verfestigende Wirkung erst nach dem Abschluss des Treibprozesses merklich einsetzt. Auch Rückgut, also aus der Porenbetonherstellung zurückgewonnenes, nicht gehärtetes Material, kann der Mischung zugefügt werden.

Es ist grundsätzlich möglich, den gebrannten Kalk in Anwesenheit aller weiteren Bestandteile der Mischung mit Ausnahme des Porenbildners zu löschen. Bevorzugt ist es jedoch, den gebrannten Kalk zunächst allein, ohne weitere Zusätze, mit Wasser zu löschen und erst anschließend die weiteren Komponenten der Mischung zuzufügen. Auf diese Weise kann eine Agglomerierung im entstehenden Kalkhydrat besonders vorteilhaft vermieden werden, und die anschließende Calciumsilicathydrat-Bildung verläuft besonders gleichmäßig. Im Falle der Verwendung von Rückgut in der Mischung kann es jedoch auch von Vorteil sein, das Rückgut bereits zu Beginn mit dem gebrannten Kalk zu vermischen und den gebrannten Kalk in Anwesenheit des Rückguts zu löschen. Der Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, dass das im Rückgut enthaltene Wasser bei der zum Löschen des Branntkalks benötigten Wassermenge mit berücksichtigt werden kann und so die Wassermenge im Mörtel nicht größer als nötig ist.

Beim Löschen des Branntkalks mit Wasser erhöht sich durch die exotherme Reaktion der Komponenten die Temperatur der hergestellten Vormischung. Ist der Branntkalk entweder allein oder nur in Anwesenheit des Rückguts mit Wasser gelöscht worden, sinkt die Temperatur in der Suspension durch Einmischen der weiteren Komponenten wie Zement oder Anhydrit wieder ab. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so geführt, dass der Porosierungsvorgang bei einer Temperatur zwischen 60 und 90 °C und insbesondere zwischen 70 und 85 °C stattfinden kann. In der fertigen Mischung, die alle Komponenten einschließlich des Porenbildners enthält, ändert sich die Temperatur während des Porosierungsverfahrens dann praktisch nicht mehr. Bis zum Abschluss der Porosierung bleibt die Temperatur der Mischung in einem Bereich von maximal ± 2 °C konstant. Diese konstanten Bedingungen gewährleisten eine steuerbare, gleichmäßige und gut reproduzierbare Porenbildung.

Wie bereits erwähnt, ist nicht nur die Temperatur während des erfindungsgemäßen Porosierungsverfahrens konstant, sondern auch die einmal eingestellte Konsistenz der Mischung ändert sich im Verlauf der Porosierung praktisch nicht. Die Porosierung kann von Anfang an in einer Mischung von fließfähiger bzw. plastischer Konsistenz durchgeführt werden. Bevorzugt beträgt der Wassergehalt in der Mischung entsprechend 40 bis 60 Masse-%, insbesondere 45 bis 55 Masse-%, der festen Einsatzstoffe. Um insbesondere bei plastischer Konsistenz der Mischung eine gleichmäßige Porosierung zu gewährleisten, kann es dabei vorteilhaft sein, den Treibvorgang unter Einsatz eines Rüttlers durchzuführen. Der Porosierungsvorgang selbst findet dabei auf an sich bekannte Weise in Gießformen statt, in welche die zu porosierende Mischung zweckmäßig als fließfähige, sich selbst mollierende Suspension eingefüllt wird. Auch die weiteren Verfahrenschritte, einschließlich der Dampfhärtung des Porenbetons, erfolgen auf an sich im Stand der Technik bekannte Weise.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne weiteres mit den auch bisher bei der Herstellung von Porenbeton üblichen Vorrichtungen und Gerätschaften erfolgen. Bereits vorhandene Vorrichtungen zur Porenbetonherstellung können weiter verwendet werden. Zweckmäßig wird ihnen lediglich ein Vormischer vorangestellt, in welchem die Löschung des gebrannten Kalks gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorab erfolgt. Anschließend wird die noch heiße Vormischung in einen Hauptmischer überführt, um dort mit den restlichen Bestandteilen der Mischung vermischt und anschließend auf grundsätzlich übliche Weise weiterverarbeitet zu werden. Die Zumischung der Bestandteile erfolgt mit den auch sonst gebräuchlichen Dosiereinrichtungen. Bei Verwendung lediglich eines Vormischers zur Löschung des Branntkalks wird das erfindungsgemäße Verfahren intermittierend durchgeführt. Die Weiterverarbeitung richtet sich entsprechend nach der Reaktionszeit des Branntkalks während des Löschvorgangs.

Besonders zweckmäßig ist es, für die vorgeschaltete Hydratation des Branntkalks mehrere Vormischer zu verwenden, in denen das Löschen des gebrannten Kalks zeitlich versetzt durchgeführt wird. Die Anzahl der erforderlichen Vormischer richtet sich dabei nach der Hydratationsdauer des Branntkalks, die üblicherweise etwa 12 bis 20 Minuten beträgt, und auch der Gießrhythmus der Produktion kann berücksichtigt werden. Besonders rationell lässt sich das Verfahren durchführen, wenn die Vormischung vor Erreichen der maximalen Löschtemperatur in den Hauptmischgang überführt wird. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass eine Agglomerierung des entstehenden Kalkhydrats und eine zu starke Erniedrigung der Dispersität der Mischung vermieden werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert werden.

Sämtliche Beispiele sind auf 100 kg Gesamtfeststoff (ohne Aluminiumpulver) bezogen.
Zur Stabilisierung des Porosierungsprozesses und zur Erhöhung der Festigkeit des dampfgehärteten Porenbetons ist in allen Beispielen eine Erhöhung des Branntkalkgehalts beziehungsweise, nach Ausschöpfung des möglichen Temperaturanstiegs, die Erhöhung des Kalkhydratzusatzes, jeweils im Austausch gegen Sand, vorgesehen.
Die Temperaturdifferenzen ΔT beziehen sich im Falle der Vormischung auf die Erwärmung, die die bei Umgebungstemperatur zusammengemischten Komponenten Branntkalk (Brk), Wasser (W) und gegebenenfalls Rückgut nach Abschluss des Löschvorgangs erfahren haben. Im Falle der Hauptmischung bezieht sich die Temperaturdifferenz auf die Temperaturerhöhung der übrigen Einsatzstoffe durch Zugabe der heißen Vormischung. Nach Abschluss des Mischvorgangs bleibt die Temperatur der Mischung während der Porosierung innerhalb eines Intervalls von ± 2 °C konstant.
"Beton 0,30" bezeichnet einen Porenbeton mit einer Trockenrohdichte nach DIN 4165 von 0,30 kg/dm³.
1. VORMISCHUNG (ohne Wärmeverluste)
2. HAUPTMISCHUNG (ohne Wärmeverluste)

Claims

Verfahren zur Herstellung von Porenbeton aus einer Mischung, die quarzhaltigen Sand und oder quarzhaltiges Gesteinsmehl, gebrannten Kalk enthaltendes Bindemittel, Wasser und einen Porenbildner umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der gebrannte Kalk mit Wasser im Wesentlichen vollständig gelöscht wird, bevor der Porenbildner der Mischung zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung zusätzlich Zement und/oder Anhydrit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung weiterhin Rückgut enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gebrannte Kalk allein oder in Anwesenheit des Rückguts mit Wasser gelöscht wird, bevor die weiteren Bestandteile der Mischung zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Einmischen des Porenbildners bei einer Temperatur zwischen 60 und 90 °C und insbesondere zwischen 70 und 85 °C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Porosierung bei im Wesentlichen konstanter Temperatur erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt der Mischung 40 bis 60 Masse-%, insbesondere 45 bis 55 Masse-%, bezogen auf die Masse der festen Bestandteile der Mischung, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosierung bei einer plastischen Konsistenz der Mischung insbesondere unter Einsatz eines Rüttlers erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zu porosierende Mischung als fließfähige, sich selbst mollierende Suspension in eine Gießform gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Porenbildner ein Schaummittel oder Aluminiumpulver, insbesondere ein passiviertes Aluminiumpulver, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Porenbeton einer Trockenrohdichte nach DIN 4165 von 0,30 bis 0,35 kg/dm³ mit einer Druckfestigkeit von mindestens 2,0 N/mm² oder einer Trockenrohdichte von 0,40 kg/dm³ mit einer Druckfestigkeit von mindestens 2,5 N/mm².
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der gebrannte Kalk in einem Vormischer gelöscht und anschließend in einen Hauptmischer überführt wird, um dort mit den restlichen Bestandteilen der Mischung gemischt zu werden.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschen des gebrannten Kalks in mehreren Vormischern zeitlich versetzt durchgeführt wird.