DE1925854C3

DE1925854C3 - Verfahren zum Herstellen eines granulierten Leichtzuschlagstoffes für Baubeton

Info

Publication number: DE1925854C3
Application number: DE1925854A
Authority: DE
Inventors: Jan Christiaan Beek Lemmens (Niederlande)
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1968-05-21
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1978-06-15
Also published as: DE1925854A1; BE733386A; DE1925854B2; NL6807145A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines körnigen Leichtzuschlags für Baubeton, bei welchem man Körner aus tonigem Material, dem Hilfsstoffe zugesetzt sind, mindestens bis zur Erweichungstemperatur des Tones erhitzt.

Unter tonigem Material ist auch durch Verwitterung und/oder Zermahlung aus Schiefer anfallendes, feinkörniges Material zu verstehen, z. B. Haldenmaterial von Steinkohlenzechen.

Bekanntlich werden aus tonigen Stoffen geblähte und infolgedessen leichte Körner hergestellt, welche an Stelle von Kies als Zuschlagstoff für hochwertigen Beton verwendet werden können. Unter Baubeton wird ein Beton verstanden, der mindestens der Betongüte K 300gemäßden »Gewapend-Betonvorschriften 1962«, NEN 1009, des niederländischen Normeninstituts entspricht und sich somit zum Einsatz in bewehrten Konstruktionsteilen von Bauten, gegebenenfalls in vorgespannten Betonelementen eignet.

Soll ein Leichtbeton hergestellt werden, verwendet man Körner mit möglichst niedrigem Raumgewicht; diese Körner müssen eine ausreichende Festigkeit und eine gute Haftung am Mörtel aufweisen, damit die gewünschte Betonfestigkeit erreicht wird. Die Körner dürfen nicht viel Wasser aufnehmen, damit das Material von einem ortsfesten Betonwerk aus herantransportiert werden kann (sogenannten Transportbeton); zugleich erreicht ein Beton mit diesem Zuschlag schon bald eine hohe Druckfestigkeil, wie es beim Herstellen von vorgespannten Betonfertigteilen erforderlich ist.

Das Material wird gewöhnlich in Kornfraktionen, z.B. von 3 bis 7mm. 7 bis 15mm und 15 bis 23mm hergestellt. Auch mit Rücksicht auf die Verarbeitbarkeit und den Transport werden Körner von runder Form bevorzugt Durch Herstellung der Körner in einer Pelletisiervorrichtung ist es möglich, die an Abmessungen und Form zu stellenden Anforderungen zu erfüllen. Es gibt bei aus tonigem Material hergestellten Körnern einen gewissen Zusammenhang zwischen dem Raumgewicht, der Kornfestigkeit und der erreichbaren Druckfestigkeit des Betons. Um eine Druckfestigkeit von 500 kg/cm² bei einem Beton würfel von 10 cm

ίο Kantenlänge nach 28tägiger Erhärtungszeit für normalüblichen Konstruktionsbeton zu erreichen, müssen die Körner ein Raumgewicht von 1,2 bis 1,5 haben (siehe z. B. »Beton, Herstellung und Verwendung«, 16 [ 19*>6], 3, Seite 4, Bild 3). Mit spezifisch leichteren Körnern wurde eine solche Druckfestigkeit, wenigstens auf Basis von tonigem Rohstoff, bisher noch nicht erreicht. Die geformten Körner werden auf bekannte Weise getrocknet und bis zur Erweichungstemperatur des Tones erhitzt, wobei sich eine glasartige, abdichtende Haut um

jo die Körner legt Zugleich führen Gase, deren Bildung durch Zusatz von BJähhilfsmitieln wie Sulfate oder Carbonate noch gefördert werden kann, zu einem Aufblähen des plastischen Materials, das dadurch eine Porenstruktur erhält (vgl. z.B. DE-OS 11 82 134 oder »Aufbereitungstechnik« 1966, S. 315). Die Größe der Hohlräume in dieser Struktur und die Wandungsdicke zwischen den Hohlräumen bestimmen das Raumgewicht und die Festigkeit der Körner. Zur Erhaltung der gewünschten Betongüte müssen die Körner eine

jo ausreichend feste Schale haben, der Kern dahingegen darf weniger druckfest sein. Diese Bedingung läßt sich nicht immer erfüllen, weil die Schale infolge der Erhitzung früher und auch in stärkerem Maße plastisch wird als der Kern, wodurch manchmal große Hohlraums me mit dünnen Zwischenwänden unter der glasartigen Haut entstehen.

Kohlenstoifaaltigc Verunreinigungen im Ton schaden gleichfalls der Korngüte. Bituminöse Stoffe lassen sich nur schwer mittels oxydierender Erhitzung über 550⁰C aus den Körnern entfernen, weil der Sauerstoff nur langsam bis ins Korninnere durchdringt; ein weiterer Nachteil ist dabei, daß besonders bei langsamer Erhitzung das Blähvermögen großenteils aufgehoben wird.

Die Herstellung von Körnern mit niedrigem Raumgewicht kann auch auf andere bekannte Weise erfolgen, z. B. indem man den Ton vor der Körnung mit hohlraumbildenden organischen oder anorganischen Feststoffen vermischt, z. B. mit Schaumkunststoff,

so Sägemehl, Kohle, Vermiculit oder einem stark geblähten Ton. Mit dem Zusatz organischer Stoffe ist aber der bereits genannte Nachteil verbunden, daß Kohlenstoff in den Ton mit eingebracht wird; für die Herstellung leichter Körner ist eine solche Menge relativ großer

ss Teilchen beizumischen, daß die Bildung von Körnern aus dieser Mischung in großtechnischem Maßstab schwer durchführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines körnigen Leichtzuschlag für Kon-

fio struktionsleichtbeton zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile und Schwierigkeiten vermieden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines granulierten Leichtzuschlagstoffes für Baubeton aus einer Mischung aus tonigem Material und Blähhilfsstof-

<>s fen. wobei die granulierte Mischung unter Erhitzen bis zur Erweichungstemperatur zunächst in oxydierender Atmosphäre vorerhitzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß dem tonigen Material ein poröser anorgani-

scher Stoff mit einer Korngröße von im wesentlichen unter 2 mm in einer Menge von 5 bis 20 Vol.-%, bezogen auf das tonartige Material, beigemischt wird. Der Blähhilfsstoff ist bekannterweise ein zweiter Hilfsstolf oder ein Hilfsstoff oder ein Hilfsstoffgemisch, der/das während der Erhitzung bei einer Temperatur über 800° C gasförmige Bestandteile liefert, beigemischt wird. Mit diesem Verfahren kann man einen körnigen Leichtzuschlag herstellen, der sich mindestens für einen Beton von der Güte K 300 eignet und dessen Körner ein ι ο Raumgewicht von etwa 0,1 oder weniger aufweisen. Der so erhaltene Stoff eignet sich ausgezeichnet zur Anwendung in vorgespannten oder anderen Leichtbetonkonstruktionen.

Durch die Anwesenheit eines porösen anorganischen Stoffes kann Sauerstoff leicht bis ins Innere der Körner gelangen, so daß im Ton befindlicher, unerwünschter Kohlenstoff verhältnismäßig schnell durch Erhitzung in oxydierendem Medium über 550⁰C entfernt werden kann. Dadurch wird das Innere des gekörnten Fertigprodukts weiß, heilgrau oder unter Umständen rot. Im Gegensatz dazu sind nach bekannten Verfahren hergestellte Körner mit entsprechendem Raumgewicht oder aber von entsprechender Festigkeit im Inneren immer schwarz gefärbt. Das zeigt, daß das FeO beim Oxydieren ebenfalls in ein heller gefärbtes Oxyd umgesetzt wird.

Der poröse Stoff bildet homogen durch den Ton verteilte Kerne zum Aufblähen der bei hoher Temperatur aus dem zweiten Hilfsstoff gebildeten Gase. Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, die Anzahl und Größe der Hohlräume in den Körnern und damit die Wanddicke zwischen diesen Hohlräumen, und dadurch die Festigkeit und das Raumgewicht der Körner nach Belieben einzustellen. Zahl und Größe der Hohlräume werden durch die Menge und Korngröße des porösen anorganischer, Zuschlagstoffes in Kombination mit einer daran angepaßten Menge des zweiten Hilfsstoffs bzw Hilfsstoffgemisches bedingt. Durch die Beherrschung der Struktur mit homogener Verteilung genau festgelegter Dehnungshohlräume kann bei einem niedrigen Raumgewicht ein stärkeres Korn mit einer besser abschließenden Schale erhalten werden als es bisher der Fall war. Durch die Unregelmäßigkeiten in der Kornoberfläche die sich durch die Wirkung des porösen Stoffes, ergeben, ist auch die Haftung des Mörtels an den Körnern besser als an Kies. Wie die weiter unten angeführten Beispiele zeigen, ist ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß bei gleicher so Festigkeit ein niedrigeres Raumgewicht erhalten wird als beim Zusatz jedes einzelnen Hilfsstoffes erwartet werden könnte oder daß bei gleicher Festigkeit ein niedriges Raumgewicht erhalten wird.

Die mit dem Ton zu vermischende Menge an ss organischem Stoff ist so gering und seine Korngröße so klein, daß die Körnung keine weiteren Schwierigkeiten ergibt. Vorzugsweise wird eine Menge von 5 bis 20 Vo'.-% angewandt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind die Arbeitsbedingungen weitaus weniger kritisch als bei den bekannten Verfahren, weil keine besonderen Anforderungen an das »natürliche« Blähvermögen von Ton gestellt werden. Die Ausmaße und die Zahl der Hohlräume werden nicht dem Zufall überlassen. Zuerst kann eine oxydierende Erhitzung bei ds einer Temperatur über 550⁰C. vorzugsweise im Bereich zwischen 550 und 85O"C, so langsam erfolgen, daß bituminöse Bestandteile und FeO im Ton durch Oxydation in solchem Umfang entfernt oder umgesetzt werden, als es für die Festigkeit und/oder das Aussehen der Körner gewünscht wird. Unter langsamer Erhitzung wird hier eine Erhitzungsgeschwindigkeit bei einer Temperatur über 550⁰C von höchstens 30° pro Minute verstanden.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfanrens kann ein nicht- oder schwachblähender Ton als Ausgangsstoff verwendet werden. Notwendig ist dies aber nicht. Vorzugsweise geht man von einem Ton mit relativ hohem Erweichungspunkt und hohem Schmelzpunkt, 7- B. von 1350⁰C bzw. 1600° C, aus. Es kann aber auch verwitterter und/oder gemahlener Schiefer, z. B. Haldenmaterial von Steinkohlenzechen, als Ausgangsstoff benutzt werden.

Als poröser anorganischer Stoff wird ein Stoff mit offenen Poren, durch die der Sauerstoff leicht in das Korninnere eindringen kann, und mit einem Erweichungspunkt unter dem von Ton bevorzugt, so daß sich das anorganische Material in Form einer harten Schicht an der Wand der durch die Blähung entstandenen Hohlräume absetzen kann. Sehr geeignet ist Lavagestein wie Bimsstein, Bims oder derartige Naturprodukte. Ähnliche, fabrikmäßig hergestellte Stoffe können jedoch auch Anwendung finden.

Als zweiter Hilfsstoff bewährt sich insbesondere ein Stoff, der bei einer dicht unter dem Schmelzpunkt des porösen Silikats liegenden Temperatur gasförmige Bestandteilt abgibt, z. B. Kalziumsulfat. Andere Sulfate, Sulfide, Karbonate oder ähnliches oder Kombinationen dieser Stoffe können gleichfalls Anwendung finden. Durch die Kombination von z. B Kalziumsulfat mit Kalziumkarbonat kann die Dissoziationstemperaturdes Kalziurr.sulfats nach oben verlagert werden. Bezogen auf den Ausgangsstoff, braucht man meistens nicht mehr als etwa 5 Gew.-% des zweiten Hilfsstoffes oder Hilfsstoffgemisches beizugeben.

Beispiel I

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung eines Zuschlagstoffes aus einem hochschmelzenden Ton von nachfolgender Spezifikation:

Glühverlust	8,6%
SiO₂	61,7%
Sesquioxyde	23,8%
CaO+ MgO	1,7%
Na₂O+ K₂O	4,2%
Bituminöser Stoff,
berechnet als C	1,5%
Fe₂Oj	2,1%
Erweichungspunkt	1350⁰C
Schmelzpunkt	1580°C
Is poröser Stoff wurde	weißer Bimsstein verwenc
Erweichungspunkt	1200"C
Schmelzpunkt	136O⁰C
Korngröße	90% zwischen
	I mm und '/: mm

Aus diesem Ton wurden Kügelchen mit einem Gewicht von etwa 8 g mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

A: ausschließlich Ton;
B: 97,5 Gew.-% Ton, 2,5 Gew.-% Gips;
C: 95 Gew.-% Ton. 5 Gew.-% Bims: und
D: 92,5 Gew.-% Ton, 5 Gew.-% Bims,
2,5 Gew.-°/o Gips.

Die vorgetrockneten Kügelcnen wurden in oxydierendem Medium mit einer Geschwindigkeit von 30° C pro Minute auf 1380° C erhitzt und 10 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Nach Abkühlung wurde das Raumgewicht der aufgeblähten Körner bestimmt. Es wurdf auch die Druckfes iigkeit der Körner ermittelt, wobei man sie bis zum Bruch zwischen flachen Stahlplatten zusammenpreßte. Die dabei auf die runden Körner wirkende Punktbelastung ist nur als ein Vergleichsmaßstab zu betrachten.

Die Ergebnisse waren.

Zusammen	Raumgewicht	Zulässige	Farbe des
setzung	nach Erhitzen	Belastung	Korninncrcn
	auf 1380'C	in kp
A	1,35	110	Schwarz
B	1.25	129	Dunkelgrau
C	1.25	122	Hellgrau
D	0,90	125	Weiß
			Feuchtigkeits
			aufnahme nach
			30 N'in. 3%

Die Zahlen zeigen, daß ein Zusatz von 5Gew.-% Bims (Zusammensetzung C) nicht ausreicht das Raumgewicht gegenüber der Verwendung von Ton allein merklich herabzusetzen. Auch Gips allein (Zusammensetzung B) führt nur zu einer Herabsetzung des Raumgewichts um 0,1. Die Kombination von Bimsstein und Gips Zusammensetzung D) ergibt dagegen ein bedeutend leichteres Korn von nahezu gleicher Festigkeit.

Auf Basis dieser Körner wurde unter den in der NEN-Vorschrift 1009 angegebenen Bedingungen mit 375 kg Portland-B-Zement je m^! ein Konstruktionsbeton mit einem sog. Setzmaß von etwa 8 cm hergestellt. Nach 28 Tagen betrug die Druckfestigkeit eines Würfels von 10 cm Kantenlänge 595 kp/cm². Das Raumgewicht des Betons betrug 1,68 kg/Liter. Für normalen Flußkiesbeton mit 375 kg Portland-B-Zement je m^! und einer völlig gleichen Kornverteilung des Kieses betrug die Druckfestigkeit eines Würfels mit 20 cm Kantenlänge 536 kg/cm², während das Raumgewicht 2,39 kg je Liter betrug. Die so erhaltene Masse eignet sich ausgezeichnet für Anwendung in vorgespannten Betonkonstruktionen.

Beispiel Il

Für einen Versuch in halbtechnischem Maßstab verwendet man Ton aus Beispiel I, jetzt aber mit Zusatz von 7,5 Gew.-% Bims mit einer Korngröße zwischen 1 und '/2 mm und von 2,5Gew.-% Gips. Die auf einem rotierenden Granuliertisch erhaltenen Kornfraktionen von 3 bis 7 und von 7 bis 15 mm wurden auf einem Kettenrost getrocknet und in oxydierendem Medium langsam auf eine Temperatur von Maximal 800T vorerhitzt. Die vorerhitzten Körner wurden anschließend in einen Drehofen eingebracht und auf eine Temperatur von 1370 C" erhitzt, wonach sie schnell abgekühlt wurden.

Der so erhaltene Stoff, dessen Inneres weiß gefärbt war, wurde in einem Bauwerk erprobt; der dafür benutzte Beton hatte nachfolgende Zusammensetzung (jem³):

350 kg Portland-B-Zement
572 kg Flußsand;
48 kg Feinsand;
250 kg Körner 3 bis 7 mm;
400 kg Körner 7 bis 17 mm.

Das Setzmaß betrug 8 cm.
Die Betonmischung ließ sich ausgezeichnet verarbeiten. Das Raumgewicht betrug 1,76 kg je Liter; die

is Tatsache, daß das Setzmaß beim Transport konstant blieb, wies darauf hin, daß das Material keine Feuchtigkeit aufnahm.

Die mit Hilfe eines Probewürfels von 20 cm Kantenlänge festgestellte Druckfestigkeit betrug nach 7 Tagen bereits 388/cm² und nach 14 Tagen 415 kp/cm². Der mittlere Elastizitätsmodul betrug 320 000 kp/cm². Da der Beton schon sehr bald eine hohe Druckfestigkeil erreicht, die danach nur noch langsam ansteigt, eignet sich das Material ausgezeichnet für die Verwendung in

:s vorgespannten Betonfertigteilen. Nach 16 Stunden Erhärtung in Dampf bei 60°C wurde schon eine Druckfestigkeit von 403 kp/cm² erreicht.

Beispiel 111

Haldenmaterial einer Steinkohlenzcche mit einem Glüh verlust von 30,9% bei 750" C, einem Erweichungspunkt von 1250° C und einem Schmelzpunkt von 1450" C wurde auf unter 0,2 mm zermahlen. Anschließend is wurden unter Benetzung Kügelchen von etwa 8 g Gewicht mit nachfolgender Zusammensetzung gebildet:

E: ausschließlich Waschberge;

F: 97,5 Gew.-% Waschberge und 2,5 Gew.-% Gips;

G: 95 Gew.-% Waschberge- und 5 Gew.-% Bimsstein

mit einer Korngröße zwischen
1,0 und 0,1 mm;

4_s H: 97,5 Gew.-% Waschberge, 5Gew.-°/o Bims

stein

mit einer Korngröße zwischen
1,0 und 0,1 mm und 2,5 Gew.-%Gips.

so Die vorgetrockneten Kügelchen wurden in oxydierendem Medium auf etwa 75OT erhitzt und 1 Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten, bis fast sämtliche Kohlerechte entfernt waren. Die Kügelchen wurden danach in dem oxydierenden Med'um mit einer

ss Aufheizgeschwindigkeit von 30°C in der Minute bis zu 1250T erhitzt und 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Nach Kühlung wurden das Raumgewicht und die Festigkeit der geblähten Körner ermittelt.
Es wurden nachfolgende Ergebnisse erreicht:

Zusammen	Raumgcwichl	Zulässige
setzung	mich Trhii/ung auf 1250'C	Bclüsmiig
		in kp
1	I.W)	200
Γ	l.^r)7	200
(i	I.W	200
Il	I.IK	i:^r>

7 8

Zum Vergleich wurde eine Betonmischung hergestellt einem in dem Handel bekannten Blähschiefer aus einem

mit Blähschiefer. Nach Zusatz von Blähschiefer zu der Steinbruch 290 kp/cm². Das erfindungsgemäß erzeugte

im übrigen gleichbleibenden Betonmischung betrug die Material kann auch für Isolationsbeton verwendet

Druckfestigkeit bei Benutzung eines Schiefers aus einer werden.

Steinkohlenzeche nach 7 Tagen r5Okp/cm² und bei s

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines granulierten Leichtzuschlagstoffes für Baubeton aus einer Mischung aus tonigem fv.ateriai und Blähhilfsstoffen, wcbei die granulierte Mischung unter Erhitzen bis zur Erweichungstemperatur zunächst in oxidierender Atmosphäre vorerhitzt wird.dadurch gekennzeichnet, daß dem tonigen Material ein poröser anorganischer Stoff mit einer Korngröße von im wesentlichen unter 2 mm in einer Menge von 5 bis 20 Vol.-%, bezogen auf das tonige Material, beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung auf eine Temperatur über 550° C mit einer Temperaturerhöhung von maximal 30°C pro Minute durchgeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht- oder ein geringblähender Ton verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochschmelzender Ton verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein verwitterter und/oder zermahlener Schiefer verwendet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als poröses Material mit offenen Poren Bims verwendet wird.