DE1961390A1

DE1961390A1 - Verfahren zur Herstellung von Leichtbetonbauteilen

Info

Publication number: DE1961390A1
Application number: DE19691961390
Authority: DE
Inventors: Frieder Hohwiller; Klaus Koehling
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1969-12-06
Filing date: 1969-12-06
Publication date: 1971-06-16
Also published as: FR2072897A5; DE1961390C3; DE1961390B2

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG-

Unser Zeichen: 0,Z. 26 5OIBR/AR 6700 Ludwigshafen, 5. Dez. 1969

Verfahren zur Herstellung von Leichtbetonbauteilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdichtung von Leichtbeton, bei dem Mischungen von frisch mit Wasser versetzten hydraulischen Bindemitteln und ggf. mineralischen Zuschlagen mit schaumfähigen Kunststoffteilchen in geschlossenen, druckfesten Formen soweit erwärmt werden, daß die Kunststoffteilchen aufschäumen und durch ihren Expansionsdruck das Bindemittelgefüge verdichten.

Im allgemeinen wird einer Betonmischung wesentlich mehr als die zur Hydratation (Abbinden und Erhärten) chemisch notwendige Menge Wasser zugesetzt. Dies geschieht deshalb, weil eine Betonmischung mit nur wenig mehr als der chemisch notwendigen Wassermenge nicht fließt, so daß im Interesse der Festigkeit relativ aufwendige Maßnahmen zur Verdichtung des Gefüges erforderlich sind, wie intensives Stampfen, Rütteln oder Pressen. Der zur Verminderung dieses Aufwandes notwendige große Überschuß an Wasser beeinflußt die so hergestellten Bauteile nachteilig hinsichtlich der mechanischen Festigkeit, der Trockenzeiten und damit der Wirtschaftlichkeit ihrer Herstellung und hinsichtlich des Schwundes und der damit verbundenen mangelnden Maßhaltigkeit und Rißanfälligkeit.

Bei der Herstellung von Leichtbetonbauteilen unter Verwendung von spezifisch leichten Zuschlagstoffen, insbesondere von Schaumstoffteilchen, ist die Verdichtung des Betongefüges unter Erhaltung der gleichmäßigen Verteilung der Schaumstoffteilchen problematisch. Wird soviel Wasser zugesetzt, daß die Mischung relativ leicht fließt, so schwimmen die Schaumstoffteilchen aufgrund ihres sehr viel geringeren spezifischen Gewichtes (beim Schaumpolystyrol etwa 1 : 200) oben auf. Je weniger Wasser zugesetzt wird, je weniger also die Mischung fließt und sich weniger durch ihr Eigengewicht verdichtet, desto notwendiger wird eine künstliche Verdichtung. Rütteln zwecks Verdichtung bringt wiederum die Gefahr des Aufschwimraens der Schaumstoffteilchen mit sioh. Stampfen ist un-

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zweckmäßig, weil z.B. Schaumpolystyrolteilchen elastisch federn, so daß kein dichtes Gefüge erzielt wird.

In der US-Patentschrift 3 247 294 wird vorgeschlagen, die leichtbetonmischung in einer Form durch äußeren Druck mit einem Stempel zu pressen, bis das Teil erhärtet ist. Dies erfordert lange Formverweilzeiten, weil die zusammengepreßten Schaumstoffteilchen bei zu frühem Entformen die Teile aufplatzen ließen. Das Verfahren ist daher unwirtschaftlich.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein wirtfe schaftliches Verfahren zum Verdichten von Leichtbeton zu finden, bei dem jegliche Entmischung von hydraulischem Bindemittel und SchäumstoffZuschlag vermieden wird.

Es wurde nun gefunden, daß man leichtbauteile wirtschaftlich und in hervorragender Qualität herstellen kann, wenn man schaumfähige Kunststoffteilchen enthaltenden Mischbeton in geschlossenen Formen 5 Sekunden bis 2 Stunden bei einer Temperatur hält, die oberhalb des Siedepunktes der in den schaumfähigen Kunststoffteilchen enthaltenden Treibmittel liegt und bei der die Kunststoff teilchen erweichen, ohne völlig zu schmelzen, und bei Temperaturen unterhalb des Erweichungspunktes der Kunststoffteilchen die Bauteile entformt.

Die Verdichtung des Betongefüges erfolgt dabei in einfacher und wirksamer Weise durch den inneren Blähdruck der aufschäumenden Kunststoffteilchen. Dabei entfällt jegliche Wanderung der Schaumstoffteilchen in der Betonmischung, sie bleiben homogen verteilt. Die Formverweilzeit ist relativ kurz, da die entformten Bauteile lediglich ihr eigenes Gewicht zu tragen haben, aber keinem inneren Druck zu widerstehen brauchen, wie das nach dem erwähnten nächstliegenden Stand der Technik der Fall ist» Die Formverweilzeit hängt von der Größe und Form der Bauteile ab. Bei flachen Teilen liegt sie in der Größenordnung von wenigen Minuten und kann bei Teilen mit sehr großem Durchmesser einige Stunden betragen.

Die so hergestellten Bauteile enthalten kaum überschüssiges Wasser. Das bedeutet erhöhte .ZementSteinfestigkeit; kurze Trockenzeit; verringerte Schwind- und Quellneigung; verringerte Wasseraufnahme

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und damit erhöhte Isolierfähigkeit.

Die Verdichtung des Betongefüges infolge des Aufschäumens der Kunststoffteilchen bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes der in ihnen enthaltenen Treibmittel und zwischen der Erweichungsund der Schmelztemperatur des Kunststoffes erfolgt in wenigen Sekunden. Ein längeres Verweilen bei dieser Temperatur hat keinen Einfluß auf die Verdichtung, kann aber besonders bei großen Bauteilen zur Erzielung einer möglichst raschen Erhärtung des Betons zweckmäßig sein.

Grundsätzlich ist Jede Heizungsart anwendbar, sei es eine indirekte Heizung über die Formwände, sei es eine direkte Heizung der Bauteile selbst durch Einleiten von Dampf in die Leichtbetonmasse oder durch elektrisches Aufheizen unter Ausnutzung der Joule'sehen Wärme beim Stromdurchfluß durch die leichtbetonmasse selbst oder ggf. durch deren Armierung oder durch induktive Heizung mit hochfrequentem Wechselstrom. Für dünnwandige Bauteile kann eine indirekte Heizung zweckmäßig sein, für dichwandige Teile empfiehlt sich jedoch wegen der hohen Isolierwirkung des Leichtbetons eine direkte Heizung.

In der Regel ist nur ein kurzer Wärmestoß erforderlich. Die dann beschleunigt einsetzende Hydratation des hydraulischen Bindemittels erzeugt sodann so viel Wärme, daß unter Umständen gekühlt werden muß, damit die Temperatur, bei der die Schaumstoffteilchen völlig schmelzen, nicht erreicht oder gar überschritten wird. Das Schmelzen der Schaumstoffteilchen ist unerwünscht, weil dadurch, insbesondere bei Bauteilen mit sehr geringer Dichte, die Biegezugfestigkeit sowie die thermische Isolierfähigkeit herabgesetzt und die Wasseraufnahme erhöht wird.

'Es Bind alle hydraulischen Bindemittel geeignet, wie hydraulisch härtender Kalk, Gips und insbesondere Zement. Es können auch alle üblichen mineralischen Zuschlagstoffe verwendet werden, wie Sand, Kies, Schlacke, Trass, Bims und Blähton.

Als schaumfähige Kunststoffe kommen grundsätzlich alle kleinteiligen, treibmittelhaltigen Thermoplaste in Betracht. Bevorzugt werden solche mit kugeliger Gestalt, da dies maximale

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Festigkeit der Bauteile gewährleistet. Besonders "bevorzugt werden noch blähfähige, kugelige Kunststoffteilchen, die vorgeschäumt sind, d.h. die bereits Schaumstruktur haben, aber dank einem restlichen Treibmittelgehalt sowie der eingeschlossenen Luft in der Wärme noch weiter expandieren können. Solche vorgeschäumten Teilchen sind durch druckloses Erhitzen kleinteiliger, treibmittelhaltiger Thermoplaste erhältlich. Zwischen dem Vorschäumen und der Weiterverarbeitung müssen die Teilchen zum Druckausgleich einige Stunden bis Tage lagern.

Am besten bewährt haben sich vorgeschäumte Teilchen aus PoIystyrol oder mindestens 50, vorzugsweise mindestens 80, Gewichtsprozent Styrol einpolymerisiert enthaltenden Styrolpolymerisaten. Als Mischpolymerisationskomponente kommen äthylenisch ungesättigte, copolymerisierbare Verbindungen in Betracht, z.B.U-Methy1-styrol, kernhalogenierte Styrole, kernalkylierte Styrole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, Acrylnitril, Methacrylnitril.

Der Durchmesser der vorgeschäumten Kunststoffteilchen sollte zwischen 0,5 und 10,0 mm liegen. Bevorzugt werden solche mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 3,0 mm.

Als Treibmittel kommen unterhalb der Erweichungstemperatur der Kunststoffe siedende Flüssigkeiten, die die Kunststoffe nicht lösen, aber in ihnen homogen verteilt werden können, in Betracht. Als Beispiele,die besonders für Styrolpolymerisate geeignet sind, seien genannt: aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen sowie Halogenkohlenwasserstoffe und Halogenkohlenstoffe, wie Difluordichlormethan, Fluortrichlormethan, 1,2,2-Trifluor-1,1,2-trichloräthan, 1,1,1-Trifluoräthan, Äthylfluorid, Difluormethan oder Mischungen derselben.

Nicht vorgeschäumte Kunststoffteilchen enthalten 2,5 bis 12 Gewichtsprozent Treibmittel. Der Mindestgehalt an Treibmittel der bereits vorgeschäumten, noch blähfähigen Teilchen liegt in der Größenordnung von einem Gewichtsprozent.

Die in den Beispielen genannten Teile sind, soweit nicht anders angegeben, Gewichtsteile.

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Beispiel 1

100 1 vorgeschäumte Polystyrol-Teilchen vom Schüttgewicht ca. 15 g/l werden mit 4 1 eines innigen Gemisches aus 1 Teil eines Epoxydharzes und 4 Teilen Wasser in einer Mischanlage benetzt und mit 30 kg Portland-Zement und 6 1 Wasser in der angeführten Reihenfolge vermischt.

Die frische Mischung wird in eine Dampfdruckform 50 χ 100 χ 5 cm ohne Verdichtung eingefüllt. Die Form wird druckfest, aber nicht gasdicht verschlossen. Durch die perforierten Breitseiten der Form wird Dampf mit einem Druck von 1-1,2 atü 30 see. in die gefüllte Form eingedrückt und nach 5 Min. wird der Formkörper entformt. Der Formkörper wird anschließend 4 Stunden in einem Dampf-Luft-Gemisch bei ca. 80⁰G zur Nachhärtung gelagert. Durch den Dampfstoß werden die Schaumstoffteilchen zum Auf- bzw. Nachblähen gebracht und dadurch eine Verdichtung des Betongefüges erzielt. Gleichzeitig führt die Wärmeeinwirkung zu einer beschleunigten Hydratation des Zementleims.

Es wurden folgende Werte gemessen:

Formverweilzeit insgesamt = 5 Min.

Rohdichte =0,4 kg/l

Druckfestigkeit analog DIN 1048 =15-20 kg/cm²

Biegezugfestigkeit analog DIN 1048 =10-12 kg/cm²

Wärmeleitzahl (trocken) = 0,08 kcal/m h ⁰C

Wasseraufnahme 28 Tage = ca. 5 Vol.#

untergetaucht

Zum Vergleich seien die an einer durch Rütteln unter Druck verdichteten Probe gleicher Zusammensetzung gemessenen Werte angegeben:

Mindeet-Formverweilzeit = 3 Std.

Rohdichte =0,4 kg/l

Druckfestigkeit analog DIN 1048 »10-15 kg/cm²

Biegezugfeetigkeit analog DIN 1048 =8-9 kg/cm

Wärmeleitzahl (trocken) =0,08 koal/m h ⁰C

Waeseraufnahme (28 Tage untergetaucht) = 20

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Beispiel 2

Eine homogene Mischung von 100 1 vorgeschäumten Polystyrol-Peilohen'vom Schüttgewicht ca. 15 g/l, die mit 4 1 Haftvermittler (analog Beispiel 1) benetzt wurden, und 30 kg Portland-Zement, 3 kg Steinmehl sowie 9 1 Wasser, wurde in eine vertikal stehende druckfeste Stahlform 250 χ 270 χ 15 cm ohne Verdichtung eingefüllt. Im Abstand von 2 cm von den Forminnenseiten (Breitseiten) wurde vor dem Einfüllen je eine Armierungsmatte aus Baustahlgewebe eingestellt. Die Form wurde nach dem Einfüllen der Mischung allseitig aber nicht gasdicht verschlossen und 15 Min. mit Dampf von 100 - 110⁰C beheitst (im Segensatz zu Beispiel 1 wurde hier der Dampf nicht direkt in die Mischung eingeleitet), sodann wurde sie 90 Min. mit einem Dampf-Luft-Gemisch bei einer Temperatur von 70 - 8O⁰C gehalten. Nach 2,5 Std. vom Zeitpunkt des Aufheizens der Form wurde das Leichtbetonelement entformt und zur Nachhärtung bei Raumtemperatur in feuchter luft gelagert.

Es wurden folgende Werte gemessen:

Formverweilseit insgesamt = 2,5 Std.

Rohdichte =0,6 kg/l

Druckfestigkeit analog DIN 1048 = ca. 40 kg/cm

Biegezugfestigkeit analog DIN 1048 = ca. 15 kg/cm

Wärmeleitzahl (trocken) =0,12 kcal/m h ⁰C

Wasseraufnahme (28 Tage untergetaucht) = 8 Vol.% Schwindung nach 28 Tagen (DIN 1164) = 0,1 $

Zum Vergleich die an einer durch Rütteln unter Druck verdichteten Probe gleicher Zusammensetzung gemessenen Werte:

Mindest-Formverweilzeit = 8 Std.

Rohdichte =0,6 kg/l

Druckfestigkeit analog DIN 1048 = 28 kg/cm²

Biegezugfestigkeit analog DIN 1048 =10 kg/cm

Wärmeleitzahl (trocken) = 0,14 kcal/m h ⁰C . Wasseraufnähme (28 Tage untergetaucht) = 17

Schwindung nach 28 Tagen (DIN 1164) = 0,25

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Claims

- 7 - O.Z. 26 501 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus schäumfähige Kunststoffteilchen enthaltendem Leichtbeton, dadurch gekenn-

' zeichnet, daß man die Frischbetonmischung in geschlossenen, gasdurchlässigen Formen 5 Sekunden bis 2 Stunden auf Temperaturen hält, die oberhalb des Siedepunktes der in den schäumfähigen Kunststoffteilchen enthaltenen Treibmittel liegen und bei denen die Kunststoffteilchen erweichen, ohne zu schmelzen, und daß man bei Temperaturen unterhalb des Erweichungspunktes der Kunststoffteilchen entformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schäumfähige Kunststoffteilchen solche aus Styrolpolymerisaten, die 50 bis 100 Gew.$ Styrol einpolymerisiert enthalten, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, bei der die Frischbetonmischung in der geschlossenen Form 5 Sekunden bis 2 Stunden gehalten wird, zwischen 95 und 110⁰C liegt.

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