DE1915563B2 - Verfahren zur Beschleunigung der Erhärtung von Faserzementkörpern und dünnwandigen Betonformkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschleunigung der Erhärtung von Faserzementkörpern und dünnwandigen Betonformkörpern .'urch Behandlung mit Kohlendioxid in noch weichem Zustand unmittelbar nach der Formgebung.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde ein besonders rasches Erhärten innerhalb der ersten Stunde insbesondere von Faserzementkörpern und dünnwandigen Betonformkörpern zur Erreichung einer Transportfähigkeit zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bei der Reaktion der basischen Zementkomponenten mit Kohlendioxid spontan entstehende Neutralisationswärme derart ausgenutzt wird, daß sie den Hydrationsprozeß des Zements erheblich beschleunigt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise ausgeübt, daß die Behandlung mit gasförmigem Kohlendioxid nach vorangegangener Evakuierung der Formkörper durchgeführt wird. Nach einer weiteren Variante verwendet man kohlendioxidreiche Abgase.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Kohlendioxid bzw. die kohlendioxidreichen Abgase bei erhöhter Temperatur anwendet.

Schließlich kann man diese Behandlung mit Kohlendioxid (= Karbonatisierung) auch lediglich partiell durchführen.

Wenn gleich der Effekt der schnellen Erhärtung unter Ausnützung der Neutralisationswärme, der eine Funktion des Eindringens des Kohlendioxids in den frischen Körper darstellt, in erster Linie bei Faserzementkörpern und dünnwandigen Betonformkörpern angewendet wird, so ist es darüber hinaus auch möglich bei dicken und/oder dichten Teilen diesen Effekt auszunutzen, wobei zunächst vorwiegend die Randzonen erfaßt werden, was aber durchaus für die Erreichung der gewünschten Biegefestigkeit auch bei dicken und/oder dichten Körpern ausreichen kann.

Zum nächstkommenden Stand der Technik ist auf die deutsche Patentschrift 140 671 hinzuweisen, die sich auf ein Verfahren zur Herstellung von künstlichen Steinen, insbesondere von Lithographiesteinen durch Pressen eines gegebenenfalls mit mineralischen Füllstoffen versetzten Gemenges von pulverisiertem, ungebranntem und gebranntem, zu Kalkhydrat gelöschtem Kalk und Behandeln der Formlinge mit Kohlensäure bezieht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Formlinge der abwechselnden Einwirkung von Kohlensäure und Luft ausgesetzt werden.
Eine Nutzbarmachung der spontan entstehenden Neutralisationswärme zur Beschleunigung der Erhärtung von Betonformkörpern ist in dieser Literaturstelle nicht nahegelegt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die bei der Reaktion basischer Zementkomponenten mit Kohlendioxid entstehende Neutralisationswärme fortschrittlicherweise zu der gewünschten Erhärtungsbeschleunigung ausgenützt; das neue Verfahren eignet sich insbesondere zur Beschleunigung der Erhärtung von Asbestzementformkörpern.

Die physikalisch chemischen Grundlagen, die zum Einsatz gelangenden Grundstoffe, die Erzeugungsweisc von Asbestzementformkörpern und die damii zusammenhängenden Gütefragen sind in der Litera'.urstelle, Dipl.-Ing. Harald Klos, Asbestzement, Technologie und Projektierung, Wien, New York 1967, dargelegt.

Zur Bewirkung einer Erhärtungsbeschleunijjiing der z. B. auf Rundsiebmaschinen hergestellten und durch Vakuumanlegung entwässerten frischen, rohen Asbesizementplatten wird, ähnlich wie bei Betone, seit langer Zeit und häufig die Wasserbad- oder die AuioLlavhärtung angewandt. Zum Stand der Technik gehört ferner zur Erreichung des vorgenannten Zwecks die Verwendung von mit Infrarotstrahlen oder Heizungsrohren beheizten Durchlaufkammern, Vorwärmetunnel und Abbindegruben. In diesen eben genannten Vorrichtungen wird die Temperatur meist bei 40 bis 50⁰C gehalten, wobei darauf geachtet werden muß, daß im Luftraum zur Vermeidung von Schwindrissen stets eine nahezu vollständige Feuchtigkeitssättigung erhalten bleibt oder durch Sprühwasser bewirkt wird (vgl. die vorgenannte Literaturstelle, H. K I ο s , S. 113 und 114 und S. 140 bis 142).

Bei der Verwendung autoklavbeständiger Portlandzemente und Einhaltung der gebotenen Temperaturen und eventuell Drücke, sind die hier umrissenen Maßnahmen des Standes der Technik, die der Erhärtungsbeschleunigung dienen sollen zwar erfolgreich, aber wirtschaftlich und technisch aufwendig, vgl. z. B. »Technologie der Autoklavhärtung« im erwähnten Buch von

H. Klos, Seiten 294 bis 317 und Seiten 268 bis 271 (274).

Die Erhärtungsbeschleunigung von Beton durch Kohlendioxideinwirkung ist an sich schon lange bekannt (s. H. Kühl »Zementchemie«, Bd. 3, S. 352 und 353, Berlin 1961 und DT-PS 373 572 von 1917). Sie ist auch bei der Asbestzementherstellung angewandt worden, um die Vorteile einer schnelleren Erhärtung von Platten, Wellplatten und Formstücken usw. bei der Produktion nutzen zu können. Auch bei Asbestzement hat sie in vielen Fällen, namentlich bei Verwendung natürlicher Kohlensäurequellen und von industriellen Abgasen, auch noch den Vorzug der Billigkeit gegenüber der Erwärmung durch thermische Energie in irgendeiner

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Form ihrer technischen Anwendungsweisen.

Hinweise auf eine rasche und wesentliche Erhöhung der Anfangsfestigkeit von Asbestzement durch die Begasung mit CCh finden sich

a) im erwähnten Buch von H. Klos »Asbestzement«, Wien 1967, S, 202 und 203,

b) im Artikel von Dr. G. R ο s e η b a u m »Über die Festigkeitsverhältnisse beim Asbestzement«, Zeitschrift »Zement«, 1936, S. 292 bis 295, besonders

S. 295. ίο

In beiden Fällen sind auch ungefähre Angaben über den durch CCh erzielbaren Festigkeitszuwachs gemacht, der zum Teil ah sehr kräftig geschildert wird.

Die deutsche Patentschrift 327 004 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von ausschlagfreien Ze- '5 mentfaserstoffplatten, das auf einer Behandlung durch Kohlendioxidgas oder kohlendioxidhalfige Gase von in einer Kammer befindlichen Platten beruht. Das Ziel der Lehre dieser Patentschrift ist aber nicht eine Festigkeitserhöhung der Asbestzementplatten, sondern die Verhütung von Kalkausblühungen und die Ermöglichung eines frühzeitigen Ölfarbenanstriches. Infolgedessen werden in dieser Patentschrift auch keine Festigkeitsziffern genannt.

Gegenüber diesen Verfahrensweisen des Standes der *5 Technik, bei denen die Formkörper erst später, d. h. nach eingetretener Verfestigung begast wurden, werden die Formkörper gemäß vorliegender Erfindung unmittelbar nach ihrer Herstellung, also in noch weichem und feuchtem Zustand, mit Kohlendioxid oder COzhaltigen Abgasen behandelt. Dadurch wird die Hydrolyse der Klinkerbestandteile, insbesondere der Silicate, ganz erheblich unter Bildung von Ca(OH)2 beschleunigt. Das entstehende Calciumhydroxid wird dann bereits in statu nascendi durch das Kohlendioxid in Calciümcarbonat umgesetzt.

Bei der Begasung mit CO.' und CChhaltigen Abgasen entsteht infolge Neutralisation des Ca(OH)2 zu CaCOi, die nahezu momentan vor sich geht, Neutraüsationswärme.

Nach dem »Taschenbuch für Chemiker und Physiker« von d'Ans-Lax, Berlin, beträgt diese je Mol Ca(OH)2(= 74,1 g) 18,3 kcal.

Bei Verwendung eines Zementes mit einem Gehalt von ca. 60% Tricaichmsilicat würden bei vollständiger Neutralisation des in einem Anteil von '/j der Tricalciumsilicatmcngc entstehenden Ca(OH)2 pro Kilogramm einer frischen Asbestzementplatte rund 30 kcal Neutralisationswärme entstehen. Durch die entstehende Wärme wird der Hydrationsprozeß des Zementes erheblich ^⁰ beschleunigt.

In Laboratoriumsversuchen wurden frisch gepreßte Asbcstzcmcntplatten mit reinem Kohlendioxid bei Zimmertemperatur begast.

Das Wesen vorliegender Erfindung und der ertin- 5S dungsgemäß erreichte überraschende Fortschritt werden nun an Hand der F i g, I bis 4 weiterhin erläutert.

Durch die Neutralisationswärme ergab sich ein rascher Temperaturanstieg in den Platten bis auf +65° C (Ausgangstemperatur 4- 23°C) innerhalb der ersten Stunde. Dies ist aus der F i g. I zu ersehen, die die Temperaturentwicklung bei der CCh-Bchandlung von Asbcstzcmcntplattcn zeigt; auf der Abszisse ist die Zeit in Stunden, auf der Ordhate die Temperatur in "C aufgetragen. ^f'i

DerTcmperaturst^ß (Temperatur-Peak) ist in F i g. I bei der Kurve, die sich auf das erfindungsgemäße Verfahren (mit CO2) bezieht, sehr deutlich zu sehen, dieser Temperaturstoß ist bereits innerhalb der 1. Erhärtungsstunde voll zur Entfaltung gekommen;

In Fig.2 ist die enorme Festigkeitssteigerung von gepreßten Asbestzementplatten infolge Kohlendioxid-Begasung gegenüber nicht begasten Platten erkennbar.

Es ist die Festigkeit von luftgelagerten geprrßten Asbestzementplatten und diejenige von mit kohlendioxidhaltigem Abgas behandelten gepreßten Asbestzementplatten aufgezeigt. Auf der Abszisse ist die Zeit in Tagen, auf der Ordinate die Festigkeit in kp/cm² aufgetragen. Man erkennt die enorme Festigkeitssteigerung, die bei gepreßten Asbestzementplatten infolge der Kohlendioxid-Begasung gegenüber nicht begasten Platten erreicht wird.

Es ergibt sich, daß durch nur vierstündige Begasung Biegezugfestigkeiten erreicht werden, die diejenigen einer 28tägigen Luftlagerung noch wesentlich übertreffen. Daraus ergab sich die Tatsache, daß die mit CO2 begasten Platten schon nach v^; rstündiger Lagerung im Abgas fest und ohne Unterlage gut transportabel waren. Im Asbestzementwerk dagegen lagern bisher frisch gepreßte Platten und Formteile mindestens einen Tag. ehe sie ohne Unterlage und bruchsicher transportabel sind, um im Freien nacherhärten zu können.

Auch die normal behandelten nicht gepreßten Platten und Formteile erreichen durch die CO2-Behandlung schon nach wenigen Stunden die gleiche Festigkeit wie die nicht CO2behandelten nach etwa 14 Tagen. Dies ist aus F i g. 3 zu erkennen, die die Festigkeit von luftgelagerten ungepreßten Asbestzementplatten und diejenige von mit kohlendioxidhaltigem Abgas behandelten ungepreßten Asbestzementplatten zeigt. Auf der Abszisse ist die Zeit in Tagen, auf der Ordinate die Festigkeit in kp/cm² aufgetragen.

Bei der erfindungsgemäßen Behandlungsweise mit reinem CO2 oder CO2haltigen Abgasen überlagern sich bezüglich der Festigkeit die Einflüsse der gewöhnlichen Erstarrung und Erhärtung des Portlandzementes und die durch die CO2-Begasung hervorgerufenen bedeutenden Festigkeitssteigerungen in den entscheidenden Anfangsstunden der Erhärtung.

In den F i g. 2 und 3 sind die Festigkeitswerte nur nach vierstündiger CO2-Behandlung enthalten. Es ist zur Erkennung der Früherhärtung, die zu entsprechend frühzeitiger Transportfähigkeit der Asbestzementplatten in der Produktion führen muß, daher notwendig, die Beschleunigung der Festigkeitsentwicklung durch CO2-Begasung im Verlauf dieser ersten vier Stunden zu verfolgen. Diese Verhältnisse sind in F i g. 4 dargelegt, die den Einfluß der I agerdauer in kohlendioxidhaltigem Abgas auf die Anfangsfestigkeit darlegt; auf der Abszisse ist die Zeit in Stunden, auf dtr Ordinate die Anfangsfestigkeit in kp/cm² aufgetragen.

Man kann aus den Kurven der F i g. 4 entnehmen, daß durch die Einwirkung des im angewandten Abgas enthaltener. CO 2 eine so rasche und bedeutende festigkeit entsteht, daß die Platten und Formkörper im Betrieb des Asbestzementwerkes schon nach etwa zweistündiger Behandlung mit Abgas transportabel sind, ohne durch Bruch gefährdet zu werden. Hieraus ergeben sich wesentliche direkte und indirekte Ersparnisse, besonders auch an speziellem Lagerraum und der Vorteil einer baldigen Wiederverwendung der Formen. Zum sicheren Transport der Formkörper ist allerdings keine vollständige Carbonatisierung der Ware erforderlich. Für die Nacherhärtung ist es sogar günstig, wenn ein Anteil des Zementes iiricarbonatisier! bleibt.

Das zu rascher F.rhärtunK der Platten und Formkör-

per führende erfindungsgemaße Verfahren der Uchandlung mit Kohlendioxid wird meist ohne einen irgendwie wesentlichen Über- oder Unterdruck in Kammern durchgeführt.

liihrt man jedoch die CCh-Bchandlung nach vorangegangener Rvakuiemng der Formteile durch, so daß das CO2 rascher in die Teile eindringen kann, so wird der Erhärtungsprozeü noch mehr beschleunigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

i 915 563 Patentansprüche;

1. Verfahren zur Beschleunigung der Erhärtung von Faserzementkörpern und dünnwandigen Betonformkörpern durch Behandlung mit CO2 in noch weichem Zustand, unmittelbar nach der Formgebung, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Reaktion der basischen Zementkomponenten mit CO2 spontan entstehende Neutralisationswärme derart ausgenutzt wird, daß sie den Hydrationsprozeß des Zementes erheblich beschleunigt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit gasförmigem Kohlendioxid Evakuierung der Formkörper durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man kohlendioxidreiche Abgase anwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohlendioxid bzw. kohlendioxidreiche Abgase erhöhter Temperatur anwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Kohlendioxid (= Karbonatisierung) nur partiell durchgeführt wird.