DE19619263C2

DE19619263C2 - Verfahren zur Herstellung von Leichtbaustoffen

Info

Publication number: DE19619263C2
Application number: DE19619263A
Authority: DE
Inventors: Dieter Hums; Klaus F Lippe
Original assignee: Ytong AG
Current assignee: Ytong AG
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: DE19619263A1; DE59703356D1; US5788761A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Leichtbaustoffen, wobei diese Baustoffe insbesondere Porenbeton oder Gasbeton sind.

Zur Herstellung von Porenbetonprodukten wird eine Porenbetonmasse üblicherweise aus den fein gemahlenen Komponenten Sand, Kalk, Zement, einem Sulfatträger sowie Wasser gemischt und in Formen gegossen, wobei die Porenbetonmasse mit geeigneten Mitteln aufgeschäumt wird. Eine bekannte Möglichkeit, eine Porenbetonmischung aufzuschäumen besteht darin, Aluminiumpulver in der Porenbetonmischung zu dispergieren, welches dann mit den, durch die Reaktion des Branntkalkes mit Wasser entstandenen OH-Ionen reagiert, wobei Wasserstoff freigesetzt wird. Der freiwerdende Wasserstoff läßt die Porenbetonmischung auftreiben. Dieser Prozeß wird auch als Gärprozeß bezeichnet.

Anschließend bindet die Porenbetonmasse in den Formen ab, wobei die durch das Aufschäumen erzielten Poren erhalten bleiben.

Der so erhaltene, grünfeste Porenbetonkuchen wird anschließend ausgeformt und mit geeigneten Mitteln in die gewünschten Formate des Endproduktes geschnitten. Die geschnittenen Porenbetonkuchen werden in einem Autoklaven in bekannter Weise einer Dampfhärtung unterzogen. Nach der Dampfhärtung können die fertigen Porenbetonprodukte verpackt und versandt werden.

Bei der Herstellung solcher Porenbetonprodukte werden der Mischung Calciumsulfate zugesetzt. Ziel dieses Calciumsulfatzusatzes ist es, die Kristallinität des Porenbetons zu erhöhen. Eine steigende Kristallinität erhöht die Druckfestigkeit des Endproduktes, wobei auch andere Eigenschaften des Porenbetons, wie Schwindung und Bezugsfeuchte positiv beeinflußt werden.

Solche Zusätze von Calciumsulfatträgern sind in der DE-OS 16 46 580 erwähnt. Hier wird ein Verfahren beschrieben, bei dem der Porenbetonmischung außer Sand, Weißfeinkalk und Zement ein Calciumsulfat in einer Menge von ≧ 2,5 Gew.-%, gerechnet als SO₃, zugesetzt wird. Hierdurch soll die Druckfestigkeit wesentlich erhöht und die zugesetzte Bindemittelmenge (Zement) verringert werden. Diese Calciumsulfate können dabei durch einen sulfatreichen Zement, durch einen mit dem Zement vermahlenen natürlichen Anhydrit, durch Flugasche oder andere geeignete Abfallprodukte oder durch verdünnte Schwefelsäure eingebracht werden.

Ein Nachteil des Einsatzes von Calciumsulfaten besteht darin, daß es abhängig von der zugesetzten Menge an Calciumsulfaten zu einer Agglomeration der Kalkkomponente und damit zu Inhomogenitäten in der Porenbetonmasse kommt. Dieser Nachteil besteht besonders bei den heute üblichen, weichgebrannten Kalken, so daß auf teurere, härter gebrannte Kalke ausgewichen werden muß.

Ein weiterer Nachteil des Einsatzes von Calciumsulfaten besteht in der durch sie verursachten starken Verzögerung der Hydratation des Kalkes und damit des Gärprozesses, wobei damit lange Standzeiten der Porenbetonmasse in den Formen verbunden sind.

Darüber hinaus ist bei der Verwendung von Calciumsulfat nachteilig, daß durch die Verzögerung der Reaktion auch nach dem Schneiden des Porenbetonkuchens auf das Endmaß der fertigen Porenbetonprodukte noch Kalk hydratisiert. Da Kalk durch die Reaktion mit Wasser sein Volumen vergrößert, führt diese Expansion auch zu einer Expansion des geschnittenen Porenbetonprodukts. Diese Volumenausdehnung wird als Nachwachsen bezeichnet. Porenbetonprodukte, die dadurch außerhalb der sehr engen Maßtoleranzen liegen, können nicht mehr verkauft werden, womit erhebliche Kosten für den Hersteller verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Porenbetonprodukte einer hohen Kristallinität und Druckfestigkeit erzielt werden können, wobei durch den Sulfatträger verursachte Agglomerationen, Hydratationsreaktionsverzögerungen und Nachwachsen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei diesem Verfahren wird zumindest teilweise anstelle eines Calciumsulfates ein Calciumaluminatsulfathydrat in Form von Ettringit oder Monosulfat oder deren Dehydraten als Sulfatträger eingesetzt, wobei ein Ausführungsbeispiel einer Porenbetonmischung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der folgenden Tabelle 1, Spalte III entnommen werden kann:

Tabelle 1

Überraschenderweise konnte festgestellt werden, daß ein solcher Sulfatträger nicht zu einer Verzögerung der Hydratation des Kalkes führt. Hierdurch werden kürzere Gärzeiten erreicht, wobei die Hydratation des Kalkes während dieser kurzen Gärzeiten soweit ablaufen kann, daß nach dem Schneiden bzw. während der Dampfbehandlung im Autoklaven keine schädliche Expansion, also Nachwachsen der Porenbetonprodukte, mehr auftritt.

Es konnte dabei festgestellt werden, daß sich eine Porenbetonrezeptur mit Ettringitzusatz genauso verhält wie eine Porenbetonrezeptur, die keinen der üblichen Sulfatträger enthält. Beispielsweise erreicht eine Porenbetonrezeptur mit Anhydrit als Sulfatzusatz nach 130 min eine maximale Temperatur von ca. 64°C, während Porenbetonrezepturen ohne üblichen Sulfatträgerzusatz oder mit Ettringit eine maximale Temperatur von 74°C nach 90 min erreichen.

Darüber hinaus hat sich herausgestellt, daß durch die Zugabe der Calciumaluminatsulfathydrate bzw. deren Dehydraten die Agglomeration des Kalkes beim Mischen nicht mehr auftritt. Dadurch ist die Verteilung des Kalkes in der Porenbetonmischung homogener, wodurch ebenfalls der Gärverlauf beschleunigt wird. Desweiteren konnte festgestellt werden, daß durch die Zugabe von Calciumaluminatsulfaten die Kristallisation der Calciumsilikathydrate erheblich beeinflußt wird. Im Endprodukt kann überraschenderweise eine Änderung der Kristalle in Größe, Form, Anzahl und Verteilung festgestellt werden.

Hierbei ist insbesondere die Zahl der Kristalle niedriger als bei der Verwendung üblicher Sulfatträger, wie z. B. Gips. Dabei sind diese Kristalle gut und regelmäßig ausgebildet. Die Kristalle können dabei größer sein als bei der Verwendung herkömmlicher Sulfatträger, wobei überraschenderweise trotzdem Druckfestigkeiten erhalten werden, die mindestens so hoch sind, wie die Druckfestigkeiten bei der Verwendung herkömmlicher Sulfatträger.

Dies kann man auch aus der vorstehend gezeigten Tabelle 1 entnehmen. In der Tabelle sind die Eigenschaften von Porenbeton unterschiedlicher Rezepturen gegenübergestellt. Hierbei zeigt Spalte I eine Porenbetonrezeptur ohne Sulfatträgerzusatz, Spalte II eine Porenbetonrezeptur mit Anhydrit als Sulfatträgerzusatz und Spalte III eine Porenbetonrezeptur mit Ettringit als Sulfatträgerzusatz.

Spalte II kann man entnehmen, daß 2,0 M% Anhydrit zugefügt wurden. Spalte III kann man entnehmen, daß hier 6,0 M% Ettringit zugefügt wurden, wobei die Mengen an Sulfaten auf gleiche Mengen SO₃ bezogen wurden. Die wirksame Sulfatkonzentration bei beiden Zugaben ist also im wesentlichen gleich. Bei der Druckfestigkeit ergibt sich eine deutliche Steigerung durch Ettringitzugabe, wobei eine Steigerung auch bei der Entwicklung des E-Moduls festgestellt werden kann. Darüber hinaus kann mit einer Porenbetonrezeptur, die anstelle von Anhydrit Ettringit enthält, vorteilhafterweise auch eine geringere Schwindung erreicht werden, die sich ebenfalls aus den Spalten II und III der Tabelle 1 ergibt. Betrachtet man die Kristallinität, kann man auch hier eine deutliche Steigerung bei der Verwendung von Ettringit gegenüber der Verwendung von Anhydrit feststellen.

Calciumaluminatsulfathydrate oder deren Dehydrate, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind Ettringit (C₃A . 3CS . 32H) oder Monosulfat (C₃A . CS . 12H) bzw. Mischungen daraus. Die Formeln in Klammern entsprechen der in der Bindemittelchemie üblichen chemischen Kurznomenklatur (C = CaO, A = Al₂O₃ S = SO₃, H = H₂O).

Dabei besteht eine Möglichkeit der Zugabe der Calciumaluminatsulfathydrate oder deren Dehydrate darin, diese dem Sand vor dem Mahlen zuzusetzen und gemeinsam mit diesem zu vermahlen. In vorteilhafter Weise geschieht dies zumindest mit Calciumaluminatsulfaten, die in luftgetrockneter Form vorliegen, da beim Mahlen in unkontrollierbarer Weise Kristallwasser ausgetrieben werden kann. Es ist daher vorteilhaft, die Calciumaluminatsulfathydrate in calcinierter, d. h. entwässerter dehydrierter Form zuzusetzen. Dabei besteht ein Vorteil der Zugabe zum Sand vor dem Mahlen darin, daß die Calciumaluminatsulfathydrate bzw. deren Dehydrate besonders gut verteilt werden. Dies kann auch erreicht werden, wenn die Calciumaluminatsulfathydrate oder deren Dehydrate in einem separaten Mischvorgang nach dem Mahlen des Sandes diesem zugegeben werden, wobei der Sulfatträger dann auch in hydratisierter Form eingesetzt werden kann, was besonders vorteilhaft ist, da der Sulfatträger dann das Mischen der Porenbetonmasse mit Wasser nicht durch eigene Hydratation beeinflußt.

Eine weitere Möglichkeit, die Calciumaluminatsulfathydrate oder deren Dehydrate in die Porenbetonmischung einzuführen ist, sie am Mischer zuzugeben. Hierbei kann in vorteilhafter Weise durch den Einsatz von dehydratisiertem Calciumaluminatsulfat durch dessen hohes Wasseraufnahmevermögen die Viskosität der Porenbetonmischung beeinflußt bzw. eingestellt werden. In besonders vorteilhafter Weise kann diese Einstellung über ein Gemisch aus Calciumaluminatsulfat und Calciumaluminatsulfathydrat erfolgen.

Eine andere Möglichkeit, die Calciumaluminatsulfathydrate oder deren Dehydrate zuzufügen, ist, diese zuvor in Wasser zu dispergieren und dann dem Mischer zuzugeben. Hierdurch kann ebenfalls eine besonders gute Verteilung der Calciumaluminat sulfathydrate in der Porenbetonmischung erreicht werden. In vorteilhafter Weise kann eine solche Suspension auch dadurch erzeugt werden, daß Calciumsulfate, z. B. Gips, und geeignete Calciumaluminate, z. B. C₃A, in Wasser gelöst werden. Hierdurch bildet sich Ettringit, wobei ein gewünschtes Ettringit/Gips-Verhältnis bei nur teilweise gewünschtem Ersetzen von Calciumsulfaten durch Calciumaluminatsulfate, hier in vorteilhafter Weise durch den Calciumaluminatzusatz gesteuert werden kann.

Die Erfindung schafft ein Verfahren, welches die Herstellung von Porenbeton ohne Agglomeration der Kalkkomponente, Hydratationsverzögerung und calciumsulfatbedingtes Nachwachsen ermöglicht, wobei das fertige Produkt eine gute Kristallinität und eine gute Druckfestigkeit aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Leichtbaustoffen wie Porenbe ton aus an sich bekannten Komponenten Sand, Kalk, Zement und einem Sulfatträger sowie Wasser und an sich bekannten und geeigneten Porenbildnern, wobei die Komponenten ge mischt und in Formen gegossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Sulfatträger mindestens zu einem Teil ein Calciu maluminatsulfathydrat in Form von Ettringit und/oder Monosulfat und/oder deren Dehydrate verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Calciumaluminatsulfat und/oder Calciu maluminatsulfathydrat in lufttrockener oder calcinierter Form verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfatträger in fein gemahlener Form verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfatträger als Suspension verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfatträger durch das gemeinsame Vermischen von Wasser, Calciumsulfat und Calciumaluminaten erzeugt wird und der sich bildende Sulfatträger sowie das Restwasser gemeinsam als Suspension eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Verhältnis von Calciumsulfathydrat zu Calciumaluminatsulfathydrat über die Zugabe von Calciuma luminaten eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfatträger mit dem Sand der Porenbetonmischung gemeinsam vermahlen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfatträger dem Sand nach dem Mahlen zugesetzt und mit diesem gemischt wird, wobei der Sulfatträger als Hydrat in lufttrockener Form eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Calciumaluminatsulfathydraten und deren Dehydraten dem Mischer zum Mischen der Porenbeton masse zugegeben wird.