DE112021000806T5

DE112021000806T5 - Leichte Schaumbeton-Wärmedämmplatte und Blockwand-Material mit Füllmaterial darin

Info

Publication number: DE112021000806T5
Application number: DE112021000806.4T
Authority: DE
Inventors: Mustafa Ozbey; Ugur Karakurt
Original assignee: Ondokuz Mayis Universitesi
Current assignee: Ondokuz Mayis Universitesi
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2023-01-05
Also published as: WO2021154187A3; WO2021154187A2; TR202001524A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen leichten Schaumbeton-Baumaterial, das Füllmaterialien, vulkanisches Gestein, Hanf und/oder Polypropylen, Polyethylenfasern und Silica-Aerogel umfasst und das als Blockwand-Material und/oder als Wärmedämmplatte verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Baumaterials.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen leichten Schaumbeton-Baumaterial, das Füllmaterialien, vulkanisches Gestein, Hanf und/oder Polypropylen, Polyethylenfasern und Silica-Aerogel umfasst und das als Blockwand-Material und/oder als Wärmedämmplatte verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Baumaterials.
Stand der Technik
Energie ist ein wesentlicher Bestandteil des menschlichen Lebens. Bevölkerungswachstum, Industrialisierung und Urbanisierung führen zu einem raschen Anstieg des Energiebedarfs. Mit dem ständig steigenden Energiebedarf steigt parallel dazu auch der Energieverbrauch. Heute gehen fossile Brennstoffe wie Petroleum und Naturgas, die den Großteil des weltweiten Energiebedarfs abdecken und über begrenzte Reserven verfügen, in einem noch nie dagewesenen Tempo zur Neige. In einer Welt, in der Energiebedarf ständig steigt, die Energieressourcen aber schnell zur Neige gehen, wird eine Vielzahl von Programmen zur Förderung der effizienten Nutzung von Energiequellen durchgeführt. Vor diesem Hintergrund hat sich die Wärmedämmung als eines der erfolgreichsten Mittel zur Energieeinsparung durchgesetzt. Anwendungen zur Wärmedämmung können die Verschwendung von Energie verhindern, indem Wärmeverluste in Gebäuden vermieden werden. Zu diesem Zweck werden im Baubereich verschiedene Arten von Wärmedämmplatten und Blockwand-Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet.
Wärmedämmmaterialien, die durch Expandieren des Rohmaterials Polystyrol und Schneiden aus der Blockform in eine Plattenform erhalten werden, bezeichnet man als Wärmedämmplatten.
Expandiertes Polystyrol (EPS), d. h. die Wärmedämmplatte, die durch die Umwandlung von aus Petroleum gewonnenen Materialien in einen Schaumstoff durch Expansion dieser Materialien mittels verschiedener aufblasender Gase in verschiedenen Dichten hergestellt werden kann, ist ein geschlossen-zelliges, organisches äußere thermisches Dämmmaterial. Außerdem können diese auch in einer dekorativen Wärmedämmplatte hergestellt werden, indem das Material in einer Form expandiert wird. Expandiertes Polystyrol, d. h. das Styropor-Material, ist ein Begriff, der für expandierte Polystyrol-Schaumstoffe (EPS) verwendet wird. Allerdings ist Styropor ein geschlossen-zelliger Polystyrol-Schaumstoff, der zur Wärmedämmung und für handwerkliche Anwendungen entwickelt wurde. EPS-Schaumstoff-Wärmedämmplatte ist ein Begriff, der für jede Form von expandiertem Polystyrol verwendet wird. Expandiertes Polystyrol ist eine leichte, starre, geschlossen-zellige Dämmung. EPS weist eine Reihe von Druckfestigkeiten auf, um Belastungen und Verfüllungskräften standzuhalten. Die geschlossen-zellige Struktur bietet eine minimale Wasserabsorption und eine geringe Dampfaufnahme und wird im Allgemeinen als Dämmmaterial für Wände, Fundamente und Dächer. Während des Herstellungsprozesses von EPS-Wärmedämmplatten werden die Polystyrol-Rohmaterialien einer Dampfwärmebehandlung mit Pentan oder Butangase unterzogen. Während und nach dem Herstellungsprozess verlagern sich die Pentan oder Butangase in einer sehr kurzen Zeitspanne mit der Luft, nachdem sie sichergestellt haben, dass eine signifikante Anzahl von kleinen Poren mit Rohmaterialpartikeln gebildet wird. 98 % der Wärmedämmplatten aus expandiertem Polystyrol erhalten ihre Wärmedämmeigenschaften durch die inerten und trockenen Lufteinschlüsse in den geschlossenen Poren. Es ist zwar ein kosteneffizientes, benutzerfreundliches und leichtes Material, aber es besteht ein hohes Risiko der Entflammbarkeit, da die Dämmplatten aus Rohmaterialien hergestellt werden, die aus Petroleum gewonnen werden. Andererseits können sich Materialien auf Polystyrolbasis wie EPS und XPS, die von außen aufgebracht werden, nach dem Aufbringen auf die Oberfläche eines Gebäudes ausdehnen und dadurch Schwankungen auf der Oberfläche erzeugen.
Heutzutage werden Wandblöcke mit Dämmeigenschaften verwendet, um die Energieeffizienz von Neubauten zu erhöhen. Wandblöcke aus Porenbeton und Ziegeln zählen zu den allgemein bevorzugten Baumaterialien. Porenbeton ist ein leichter Baumaterial, das vielseitige Beiträge zu Gebäuden leistet und aus diesem Grund oft bevorzugt verwendet wird. Porenbeton wird weltweit eingesetzt, da es sich um ein hochleistungsfähiges Material handelt, das die Sicherheit von Gebäuden bei Bränden und Erdbeben erhöht, da es eine hohe Wärmedämmungsfähigkeit aufweist. Allerdings sind Wandblöcke aus Porenbeton unzureichend, um die Wärmedämmung zu gewährleisten, insbesondere in kalten Regionen. In solchen Fällen werden Dämmplatten aus EPS- oder XPS-Materialien sowohl innen als auch außen am Gebäude angebracht. Diese Dämmplatten wirken jedoch der nicht brennbaren Eigenschaft des Porenbetons entgegen und sind daher neutralisierend. Obwohl Porenbeton eine praktische und kosteneffiziente Lösung für die Wärmedämmung von Außenwänden darstellt, wo der größte Teil der Wärmeverluste auftritt, wird bei Anwendungen der Außendämmung die nicht brennbare Eigenschaft des Porenbetons eliminiert. Darüber hinaus erfordert die Gewährleistung der Wärmedämmung in Wänden, die mit Materialien wie Ziegeln, Steinen oder Briketts gebaut wurden, die Verwendung zusätzlicher Materialien, wodurch zusätzliche Kosten entstehen.
Ein weiteres Material, das heutzutage häufig für die Wärmedämmung von Gebäuden verwendet wird, ist Steinwolle oder Glasfaser. Dieses Produkt hat aufgrund seiner Natur eine begrenzte physikalische Lebensdauer. Dadurch, dass es nach der Anwendung auf dem Gebäude regelmäßig erneuert werden muss, entstehen zusätzliche Kosten. Außerdem kann dieses Material nicht über profilförmige Strukturen auf Gebäude aufgebracht werden, wodurch sich die Intensität der auf das Gebäude einwirkenden Belastungen weiter erhöht. Ebenso wie EPS und XPS weisen auch Steinwolle und Glasfaser eine brennbare Struktur auf.
Es wurden verschiedene Studien zur Wärmedämmung und zur Erhöhung der Feuerbeständigkeit von Gebäuden durchgeführt, die zur Entwicklung neuer Produkte geführt haben. Eine dieser Studien ist die in der Patentanmeldung Nr. EP688261A4 beschriebene Erfindung. Die vorliegende Erfindung betrifft Dämmbarrieren mit einer hydraulisch abbindbaren Komponente. Solche Dämmbarrieren umfassen laminierte Dämmbarrieren mit einer hochdämmenden Schicht und einer Strukturschicht mit hydraulisch abbindbarer Matrix. Obwohl die hochdämmende Schicht ein beliebiges bekanntes Dämmmaterial enthalten kann, ist es im Allgemeinen ein anorganisches Material wie Aerogel, Xonotlite, geschäumtes hydraulisch abbindbares Produkt, Glasfaser oder Steinwolle. Die Strukturmatrix umfasst ein rheologiemodifizierendes Mittel zur Erhöhung der Festigkeit des Endprodukts, anorganische Aggregatsmaterialien und Fasermaterialien, sowie ein hydraulisch abbindendes Bindemittel und Reaktionsprodukte von Wasser. Die hydraulisch abbindbare Matrix kann ferner gleichmäßig verteilte Hohlräume enthalten, um die Dichte und thermische Leitfähigkeit der Dämmbarriere zu verringern. Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit der hydraulisch abbindbaren Mischung kann ein Dispergiermittel zugesetzt werden. Es ist jedoch von Nachteil, dass die Erfindung Glasfaser und Steinwolle als Bindemittel umfasst, die eine begrenzte Lebensdauer haben und eine zusätzliche Belastung für das Gebäude darstellen.
Eine weitere Studie, die in diesem Zusammenhang durchgeführt wurde, ist die im Patent Nr. WO1995021063A1 beschriebene Erfindung. Diese Erfindung betrifft eine Ausführungsform, die eine hydraulisch abbindende Hülse und einen Kern umfasst. Der hydraulisch abbindende Mantel enthält eine hydraulisch abbindende Matrix, die einen hydraulischen Zement und Reaktionsprodukte von Wasser umfasst. In der hydraulisch abbindenden Matrix können hydraulische Komponenten, Aggregatmaterialien, Fasern und rheologiemodifizierende Mittel verwendet werden. Das in der genannten Patentanmeldung beschriebene Produkt ist besonders gefährlich für die menschliche Gesundheit, da es aus Materialien wie PVC und Melamin besteht, die halogenhaltige Gase freisetzen, wenn sie einer Flamme ausgesetzt werden.
Eine weitere Studie, die in diesem Zusammenhang durchgeführt wurde, ist die im Patentanmeldung Nr. CN109020378A beschriebene Erfindung. Die Erfindung gehört zum technischen Gebiet der anorganischen Materialien und betrifft insbesondere eine expandierte thermische Perlit-Aerogel-Verbunddämmplatte, die durch Verwendung von Eisen-Tailings als Rohmaterial hergestellt wird, und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Da die genannte thermische Dämmplatte aus Perlit und hydrophobem Siliziumdioxid besteht, können während des Trocknungsvorgangs Risse entstehen.
Daher war es notwendig, ein Baumaterial zu entwickeln, mit dem die Nachteile des Standes der Technik und die Unzulänglichkeiten der verfügbaren Lösungen überwunden werden können, um eine Verbesserung auf diesem Gebiet zu erreichen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen leichten Schaumbeton-Baumaterial, welches die oben genannten Bedingungen erfüllt, alle Nachteile überwindet und weitere Vorteile mit sich bringt, und das als Blockwand-Material und als Wärmedämmplatte verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung des genannten Baumaterials.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik, dem Baumaterial eine nicht brennbare Eigenschaft zu verschaffen, in dem die Festigkeit des Materials mittels der darin enthaltenen Füllstoffe und des daraus hergestellten Schaumbetons erhöht wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mögliche Risse, die während der Trocknungszeit auftreten können, durch das Füllmaterial und die darin enthaltenen Bindefasern zu verhindern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch die Herstellung des erfindungsgemäßen Dämmmaterials auf Basis von Zement sicherzustellen, dass das Dämmmaterial ähnliche Eigenschaften wie andere im Baubereich verwendete Baumaterialien auf Basis von Zement aufweist, sodass das erfindungsgemäße Dämmmaterial leicht an diesen Produkten haftet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch die Verwendung von nicht expandiertem Vulkangestein in dem erfindungsgemäßen Dämmmaterial die Balance der Verdampfung von Wasser zu erhalten und damit zu verhindern, dass während der Trocknungsphase Risse im Inneren des Produkts entstehen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die nachteilige Eigenschaft der Wasserabsorption, welche bei der Verwendung von Perlit auftritt, zu beseitigen, unter Verwendung von zerkleinertem 0-150 und/oder 150-600 Mikron Vulkangestein als Füllmaterial.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch die Verwendung von Polyethylen, Polypropylen und/oder Hanffasern als Bindemittel zu gewährleisten, dass sich Füllstoffe und Schaumbeton besser miteinander verbinden und die Festigkeit derselben weiter erhöht wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den möglichen Einsatz von Chemikalien zu vermeiden und die Freisetzung chemischer Gase als Ergebnis einer möglichen Reaktion zu verhindern, in dem sichergestellt wird, dass die im Baumaterial verwendeten Schaummittel eine Lösung bilden, ohne chemische Reaktionen mit Wasser zu induzieren, und in dem die Lösung durch Mischen mit Luft mittels eines Hydrophors aufgeschäumt wird.
Strukturelle und charakteristische Merkmale sowie alle Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung besser verstanden; aus diesem Grund sollte die erforderliche Bewertung unter Berücksichtigung der detaillierten Beschreibung durchgeführt werden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird der erfindungsgemäße leichte Schaumbeton-Baumaterialien aus Füllmaterial, vulkanischem Gestein, Hanf und/oder Polypropylen, Polyethylenfasern, Silica-Aerogel, und das als Blockwand-Material und/oder als Wärmedämmplatte verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Baumaterials zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft und ohne einschränkende Wirkung beschrieben.
Der erfindungsgemäße Baumaterialien, welches in Anwendungen der Wärmedämmung von Gebäuden und im Bau von Wänden eingesetzt wird, wird im Wesentlichen durch in den leichten Schaumbeton eingemischte Füll- und Bindemittel erhalten. Das erfindungsgemäße Baumaterial enthält Zement als primären Rohstoff. Grundsätzlich wird Zement als ein hydraulisches Bindemittel definiert, das durch Erhitzen einer Mischung aus natürlichem Kalkstein und Ton und anschließendes Mahlen erhalten wird. Da der erfindungsgemäße Baumaterialien aus Zement bestehen, lässt er sich leicht mit allen Bauelementen verbinden, die im Baubereich verwendet werden und aus zementbasierten Materialien bestehen. Nicht expandiertes Perlit, ein vulkanisches Gestein, wird dem oben genannten Zement als Füllmaterial zugesetzt. Die Wasserabsorptionseigenschaft des erfindungsgemäßen Baumaterials wird eliminiert, und die Leistung des Produkts wird durch die Verwendung von zerkleinertem 0-150 und/oder 150-600 Mikron Perlit als Füllmaterial weiter verbessert. Während Perlit in der Trocknungsphase Wasser entzieht, verhindert es auch die Gefahr der Entstehung von Rissen. Die Mischung wird dann in einen Mörtel verwandelt, in dem Wasser zu der Mischung zugegeben wird, nachdem die Mischung aus Zement und Perlit erhalten wurde. Anschließend wird die zu einem Mörtel verarbeitete Mischung, die Alkalisulfonat enthält, aufgeschäumt, wodurch der Schaumbeton erhalten wird. Hanffasern und/oder Polypropylen, Polyethylenfasern werden der Mischung zugegeben, um die Bindeeigenschaften des Schaumbetons zu verbessern und seine Festigkeit zu erhöhen. Silica-Aerogel wird dem Produkt zugegeben, um die Wärmedämmung des mit Bindemitteln dotierten und in Formen mit hydrophober Oberfläche eingegossenen Schaumbetons weiter zu verbessern. Das geformte Gemisch wird dann in einen Brennofen mit einem Dampfanteil von 70-80 % gegeben und für den Trocknungsprozess auf 80-90 Grad erhitzt. Nachdem die Mischung in der Form getrocknet ist, wird das Baumaterial durch Schneiden des Produkts in die gewünschten Formen und Größen hergestellt. Das beim Schneiden des Baumaterials in den gewünschten Maßen erhaltene Produkt kann als Blockwand oder als Wärmedämmplatte verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Baumaterial kann sowohl für die äußere Wärmedämmung vorhandener Gebäude als auch für den Wandaufbau von zu errichtenden Gebäuden verwendet werden. Die nicht brennbare Eigenschaft des Baumaterials gewährleistet, dass es sicher für die Dämmung von Innenwänden verwendet werden kann. Der erfindungsgemäße Dämmmaterial weist neben seiner wärmedämmenden Eigenschaft auch eine schalldämmende Eigenschaft auf. Das erfindungsgemäße Baumaterial erfordert bei Anwendungen, bei denen das erfindungsgemäße Baumaterial als Wärmedämmplatte eingesetzt wird, keinen rauen Gießschritt an den Außenwänden von Gebäuden und kann eine gerade Oberfläche bilden. Das erfindungsgemäße Baumaterial ermöglicht ferner, dass bei der Verwendung als Blockwand auf ein raues Gießen an der Außenseite der Wände verzichtet werden kann. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Baumaterials ist, dass es die Gesamtmenge des für das Gebäude zu verwendenden Eisens reduzieren kann, da es eine geringe Dichte aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 688261 A4 [0007]
WO 1995021063 A1 [0008]
CN 109020378 A [0009]

Claims

Baumaterial, das bei Anwendungen zur Gebäudedämmung und beim Wandaufbau im Baubereich verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst; - nicht expandiertes Perlit als Füllmaterial, - Hanffasern und/oder Polypropylen, Polyethylenfasern als Bindemittel und - Zement als primärer Rohstoff.
Baumaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zerkleinertes Perlit mit einer Größe von 0 - 150 und/oder 150 - 600 Mikron umfasst.
Baumaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Silica-Aerogele umfasst, die dem Schaumbeton als Füllmaterial zugesetzt werden, um die Eigenschaften der Wärmedämmung zu verbessern.
Baumaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Schaumbeton umfasst, der durch Aufschäumen der Mischung aus Wasser und Perlit erhalten wird.
Baumaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus geschäumtem Zement, Wasser und Perlit Alkalisulfonat umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Baumaterials, das bei Anwendungen zur Wärmedämmung im Baubereich verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Verfahrensschritte umfasst; - Bereitung des Mörtels durch Mischen von Zement, Füllmaterial und Wasser, - Bereitung des Schaumbetons durch Aufschäumen des Mörtels, - Zugabe des Bindemittels und des Füllmaterials in den Schaumbeton und Trocknen desselben in hydrophoben Formen.
Baumaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es den Verfahrensschritt der Herstellung eines Mörtels durch Mischen von Zement, Perlit und Wasser umfasst.
Baumaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es den Verfahrensschritt des Erhaltens des Schaumbetons durch Aufschäumen des Mörtels umfasst, der aus Alkalisulfonat enthaltendem Zement, Perlit und Wasser besteht.
Baumaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es den Verfahrensschritt der Zugabe von Hanffaser und/oder Polypropylen, Polyethylenfaser als Bindemittel in den Schaumbeton umfasst.
Baumaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es den Verfahrensschritt der Zugabe von Silica-Aerogel als Füllmaterial in den Schaumbeton umfasst.
Baumaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es den Verfahrensschritt des Eingießens des mit Silica-Aerogelen dotierten Schaumbetons in Formen mit hydrophoben Oberflächen und des Trocknens derselben in einem 70-80% Dampf enthaltenden Brennofen durch Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 80-90 Grad umfasst.