DE1961390B2

DE1961390B2 - Verfahren zur herstellung von leichtbetonbauteilen

Info

Publication number: DE1961390B2
Application number: DE19691961390
Authority: DE
Inventors: Frieder 6707 Wachenheim; Köhling Klaus 6710 Frankenthal Hohwiller
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1969-12-06
Filing date: 1969-12-06
Publication date: 1978-02-16
Also published as: DE1961390C3; FR2072897A5; DE1961390A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdichtung von Leichtbeton, bei dem Mischungen von frisch mit Wasser versetzten hydraulischen Bindemitteln und ggf. mineralischen Zuschlagen mit schäumfähigen Kunststoffteilchen in geschlossenen, druckfesten Formen so weit 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 so viel 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 Aufschwimmens der Schaumstoffteilchen mit sich. Stampfen ist unzweckmäßig, weil z. B. Schaumpolystyrolteilchen elastisch federn.

so daß kein dichtes Gefüge erzielt wird.

In der US-Patentschrift 32 47 294 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 wirtschaftliches Verfahren zum Verdichten von Leichtbeton zu finden, bei dem jegliche Entmischung von hydraulischem Bindemittel und Schaumstoffzuschlag 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 Kunststoffteilchen 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 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 Erweichungs- und der Schmelztemperatur des Kunststoffes erfolgt in wenigen Sekunden. Ein längeres Verweilen bei dieser Temperatür 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 Jouleschen 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 dickwandige Teile empfiehlt sich jedoch wegen der hohen Isolierwirkung des Leichtbe-

hs tons 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 s mit sehr geringer Dichte, die Biegezugfestigkeit sowie die thermische Isolierfähigkeit herabgesetzt und die Wasseraufnahme erhöht wird.

Es sind alle hydraulischen Bindemittel geeignet, wie hydraulisch härtender Kalk, Gips und insbesondere Zement. Es können auch alle üblichen mineralischen Zugschlagstoffe verwendet werden, wie Sand, Kis, Schlacke, Trass, Bims und Blähton.

Als schaumfähige Kunststoffe kommen grundsätzlich alle klein teiligen, treibmittelhaltigen Thermoplaste in is Betracht. Bevorzugt werden solche mit kugeliger Gestalt, da dies maximale Festigkeit der Bauteile gewährleistet. Besonders 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 Polystyrol oder mindestens 50, vorzugsweise mindestens 80, Gewichtsprozent Styrol einpolymerisiert enthaltenden Styrolpolymerisaten. Als Mischpolymerisationskomponente kommen äthylenisch ungesättigte, copolymerisierbare Verbindungen in Betracht, z. B. Λ-Methylstyrol, kernhalogenierte Styrole, kemalkylierte 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-Trif luor-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.

Beispiel 1 _M

1001 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 I Wasser in der angeführten Reihenfolge vermischt.

Die frische Mischung wird in eine Dampfdruckform 50 χ !00 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. 80° C 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 DIM 1048	= 15-20 kg/cm²
Biegezugfestigkeit
analog DIN 1048	= 10-12 kg/cm²
Wärmeleitzahl (trocken)	= 0,08 kcal/m h°C
Wasseraufnahme 28 Tage
untergetaucht	= ca. 5 Vol.-%

Zum Vergleich seien die an einer durch Rütteln unter Druck verdichteten Probe gleicher Zusammensetzung

Beispiel 2

Eine homogene Mischung von 1001 vorgeschäumten Polystyrol-Teilchen vom Schüttgewicht ca. 15 g/l, die mit 41 Haftvermittler (analog Beispiel 1) benetzt wurden, und 30 kg Portland-Zement, 3 kg Steinmehl sowie 91 Wasser, wurde in eine vertikal stehende druckfeste Stahlform 250 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—110°C beheizt (im Gegensatz zu Beispiel 1 wurde hier der Dampf nicht direkt in die Mischung eingeleitet), sodann wurde sie 90 Min. mit einem Dampf-Lufl-Gemisch bei einer Temperatur von 7O-8O°C 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:

Formverweüzeit insgesamt	= 2,5 Std.
Rohdichte	= 0,6 kg/1
Druckfestigkeit
analog DIN 1048	= ca. 40 kg/cm²
Biegedruckfestigkeit
analog DIN 1048	= ca. 15 kg/cm²
Wärmeleitzahl (trocken)	= 0,12 kcal/m h
Wasseraufnahme

Mindest-Forrnverweilzeitk	= 3 Std.
Rohdichte	= 0,4 kg/l
Druckfestigkeit
analog DlN 1048	= 10-15 kg/cm²
Biegezugfestigkeit
analog DlN 1048	= 8-9 kg/cm²
Wärmeleitzahl (trocken)	= 0,08 kcal/m h° C
Wasseraufnahme
'28 Tage untergetaucht)	= 20 Vol.-o/o

(28 Tage untergetaucht) = 8 Vol.-%

Schwindung nach 28 Tagen

(DIN 1164) =0,1%

Zum Vergleich die an einer durch Rütteln unter Druck verdichteten Probe gleiche;· Zusammensetzung gemessenen Werte:

Mindest-Formverweilzeit = 8Std.

Rohdichte = 0,6 kg/l

Druckfestigkeit analog
DIN 1048

Biegezugfestigkeit analog
DIN 1048

Wärmeleitzahl (trocken)
Wasseraufnahme
(28 Tage untergetaucht)
Schwindung nach 28 Tagen
(DIN 1164)

= 28 kg/cm'

= 10 kg/cm²

= 0,14 kcal/m h ⁰C

= 17 Vol.-% = 0,25%

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus schäumfähige Kunststoffteilchen enthaltendem Leichtbeton, dadurch gekennzeichnet, 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 I₁ dadurch gekennzeichnet, daß als schäumfähige Kunststoffteilchen solche aus Styrolpolymerisaten, die 50 bis 100 Gew.-°/o 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 110°C liegt.