DE2038009B2

DE2038009B2 - Zuschlagstoffe für Konstruktionsleichtbeton und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2038009B2
Application number: DE19702038009
Authority: DE
Inventors: Beantragt Nichtnennung
Original assignee: PERLMOOSER ZEMENTWERKE AG WIEN
Current assignee: PERLMOOSER ZEMENTWERKE AG WIEN
Priority date: 1969-08-05
Filing date: 1970-07-31
Publication date: 1974-11-07
Also published as: FR2056582A5; DE2038009A1; AT291087B; DE2038009C3; GB1310259A; CH556804A; DK128107B

Description

Die Erfindung betrifft Zuschlagstoffe für Konstruktionsleichtbeton, die geblähtes glasiges Ergußgestein mit feinverteilten Wassereinschlüssen, wie Obsidian, Pechstein und vorzugsweise Feinperlit enthaltenden Leichtsand aufweisen, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

In neuerer Zeit bedient sich die Bauwirtschaft in zunehmendem Maße des Konstruktionsleichtbetons. Hierunter versteht man einen Beton, der ein verhältnismäßig niedriges Gewicht mit Festigkeiten verbindet, welche in der Größenordnung des normalen Stahlbetons liegen. Festigkeiten zwischen 200 und kg/cm² bei Raumgewichten von etwa 1,6 bis 1,8 kg/dm³ ermöglichen somit die Errichtung normaler Stahlbetonbauwerke mit einer etwa 3O°/o betragenden Gewichtsersparnis. Diese Eigenschaften erhält der Konstruktionsleichtbeton im allgemeinen durch Zuschlagstoffe, die einen geschlossenen, beträchtlichen Porenraum bei noch ausreichender Festigkeit besitzen. Solche Zuschlagstoffe sind ohne sonderliche Schwierigkeiten herstellbar, beispielsweise aus blähfähigen Tonen, Tonschiefer, Flugaschen u. dgl., sofern die Korngröße dieser Zuschläge einen bestimmten Mindestdurchmesser nicht unterschreitet. Feinere Körnungen, etwa unter 3 mm, besonders aber unter mm Korndurchmesser, lassen sich nicht mehr oder nur sehr schwach blähen, so daß der Anteil 0 bis mm im allgemeinen nahe an das spezifische Gewicht des gebrannten Tones, nämlich 2,5, herankommt. Demgegenüber liegt die Kornrohdichte der gröberen Fraktionen in der Nähe von 1,0. Die Tatsache, daß es zwar leichte, hochfeste Grobzuschläge, aber keinen dementsprechenden Feinanteil gibt, hat es mit sich gebracht, daß man diesen letzteren meist in Form von Quarzsand dem Konstruktionsleichtbeton einverleibt. Allenfalls zieht man Feinteile heran, welche aus gebrochenen, groben, porösen Kornanteilen bestehen; deren offene Porosität verursacht indessen einen großen Wasserbedarf und läßt darüber hinaus an Eigenfestigkeit und Raumgewicht zu wünschen übrig.

In der Zeitschrift »Silikattechnik«, 1958, S. 453 bis 457, ist auch bereits vorgeschlagen worden, geblähten Perlit als Zuschlagstoff für Leichtbetone zu verwenden. Dabei soll sehr stark geblähter Perlit verwendet werden, dessen Litergewicht unterhalb 125 bis 130 g liegen soll, was den Kornrohdichten handelsüblichen Perlits von etwa 0,2 g pro Kubikzentimeter in etwa entspricht.

Die Verwendung dieses üblichen geblähten Perlits als Zuschlagstoff für Leichtbetone hat den Nachteil, daß eine Festigkeitseinbuße gegenüber normalen Betonen mit Natursand als Zuschlagstoff hingenommen werden muß und daß wegen des großen Wasseraufnahmevermögens des Perlits sehr viel Wasser verwendet werden muß, welches zu Verarbeitungsschwierigkeiten insbesondere mit der Aushärtung des Betons führt. Die Einhaltung des Wasseranteils ist dabei besonders kritisch, und Abweichungen führen — worauf in dem Aufsatz aus der Zeitung »Silikattechnik« hingewiesen ist — zu Festigkeitseinbußen.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß geblähtes glasiges Ergußgestein mit feinverteilten Wassereinschlüssen, wie Obsidian, Pechstein und vorzugsweise Perlit, einen idealen Leichtsand als Zuschlagstoff für Konstruktionsleichtbeton ergeben, wenn erfindungsgemäß das geblähte Gestein eine Kornrohdichte zwischen 0,7 und 1,7 g pro Kubikzentimeter, vorzugsweise 1 und 1,5 g pro Kubikzentimeter, sowie ein Wasseraufnahmevermögen unter 5°/o, bezogen auf das Trockengewicht, besitzt. Eine Kornrohdichte von 0,7 bis 1,5 g pro Kubikzentimeter entspricht dabei Litergewichten von 350 bis 850 g pro Kubikdezimeter, d. h., ein erfindungsgemäß geblähter Perlit hat ein um ein Mehrfaches höheres Litergewicht als die geblähten Perlite, wie sie in der Zeitschrift »Silikattechnik« als Zuschlagstoffe empfohlen werden, wobei diese erhebliche Erhöhung des Litergewichts im völligen Gegensatz zu den dortigen Angaben steht, nach denen (man vergleiche hierzu beispielsweise S. 454, rechte Spalte unten) bereits Erhöhungen des Litergewichts auf nur 145 g als nachteilig bezeichnet werden.

Perlit ist bekanntlich ein natürliches, vulkanisches Glas, dessen feinverteilte Wassereinschlüsse bei rascher Erhitzung entsprechende Aufblähung bewirken. Feinperlit fällt bei der Gewinnung und Aufbereitung des Rohperlits als ein wenig erwünschtes Material an. Bisher wurde Perlit, einerlei ob in grober oder feiner Ausgangskörnung, in der Weise gebrannt, daß ein ungemein leichtes Korn (geringe Kornrohdichte) von entsprechend sehr geringer Festigkeit und von hohem Wasseraufsaugevermögen entstand. Verfahren zum Blähen sind z. B. in den französischen Patentschriften 1 506 182 und 1 359 492 sowie in der mit der französischen Patentschrift

1359 492 übereinstimmenden britischen Patentschrift 954 615 beschrieben. Die dort zitierten Verfahren stellen Sonderherstellungsmethoden dar. Üblicherweise wird der Perlit derzeit durch einfaches Einstreuen in die heiße Flamme erzeugt. Nach dem Verfahren der französischen Patentschrift 1 506 182 werden Kornrohdichten von 0,13 bis 0,15 g/cm³ und nach der französischen Patentschrift 1 359 492 bzw. der britischen Patentschrift 954 615 werden Schüttgewichte zwischen 0,12 und 0,16 g/cm³ erreicht.

Es wurde nun gefunden, daß man durch langsames Erhitzen eines überwiegend glasigen Ergußgesteins mit feinverteilten Wassereinschlüssen, wie Obsidian, Pechstein und vorzugsweise Feinperlit, insbesondere in einem Zeitintervall von 2 bis 20 Minuten, bis zur beginnenden Schmelze ein geblähtes Gestein mit einem Korn in der Fraktion 0 bis 3 mm, vorzugsweise 0,06 bis 1 mm, und einer Kornrohdichte von 0,7 bis 1,7 g/cm³, vorzugsweise 1,0 bis 1,5 g/cm³, erhält, der eine hohe Festigkeit aufweist.

Dieses geringe Raumgewicht wird bei absolut geschlossener Porosität erzielt, so daß keine nennenswerte Wasseraufnahme stattfinden kann.

Weitere Möglichkeiten, den Perlit zu expandieren, bestehen darin, ihn über das gewünschte Maß hinaus zu expandieren und dann zusammenschrumpfen zu lassen oder durch Beschränkung der maximalen Temperatur den Blähprozeß in einem Stadium zu beenden, wo der Perlitsand gerade eine Kornrohdichte von 1,0 bis 1,5 erreicht hat.

Ein zu langsames Erhitzen des Perlits ist jedoch nicht empfehlenswert, da sonst das im Perlit eingeschlossene Wasser entweicht, ohne daß eine Volumsvergrößerung des Perlitkorns stattgefunden hat.
ίο An sich ist die Verwendung von geblähtem Perlit mit einer Körnung von 0 bis 2 bis 0 bis 4 mm zur Herstellung von Baumaterial beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1 239 608 vorbekannt. Dieser Perlit besitzt jedoch eine wesentlich geringere Kornrohdichte. Es ist eine solche von 0,04 bis 0,1 g/cm³ genannt.

An Hand der folgenden Beispiele sei die Erfindung näher erläutert. Im Anwendungsbeispiel 1 wird unter anderem der erfindungsgemäß erzielte Fort-M schritt dargelegt. Es sind die Ergebnisse bei Betonmischungen unter Verwendung von Sand (Mischung 1), unter Verwendung des erfindungsgemäß geblähten Perlits (Mischung 2) und unter Verwendung eines handelsüblichen Perlits (Mischung 3) eras sichtlich.

Anwendungsbeispiel 1

Mischung 1

Mischung 2

(erfindungsgemäße
Mischung)

Mischung 3

(mit handelsüblichem Perlit)

Blähton 3 bis 10 mm, mittlere Kornrohdichte 1,09 g/cm³, durch Aufschwemmen in Wasser bzw. in Chlorkalziumlösung mit einer Dichte von 1,35 von den sehr leichten und sehr schweren Körnern befreit..

Blähton 1 bis 3 mm, mittlere Kornrohdichte 1,10 g/cm³, durch Aufschwemmen in Chlorkalziumlösung mit einer Dichte von 1,35 von den sehr schweren Anteilen (Bruch) befreit

Sand 0,2 bis 1 mm, Kornrohdichte etwa 2,68

Sand 0 bis 0,2 mm, Kornrohdichte etwa 2,68

Erfindungsgemäß im Gleichstromverfahren geblähter Perlit (Korngröße des aufgegebenen Rohperlits 0,2 bis 0,6 mm), mittlere Kornrohdichte 1,13 g/cm³

Erfindungsgemäß im Gleichstromverfahren geblähter Perlit (Korngröße des aufgegebenen Rohperlits 0,06 bis 0,2 mm), mittlere Kornrohdichte l,08g/cm³

Handelsüblicher Perlit durch Einstreuen in die Flamme rasch gebläht, mittlere Kornrohdichte 0,2/cm³

PZ 475

Wasser

Der Zementgehalt betrug 400 kg/m³.

1,180 kg

0,600 kg
0,945 kg
0,500 kg

1,300 kg
650 ml

1,180 kg
0,600 kg

0,400 kg
0,200 kg

1,300 kg
650 ml

1,180 kg

0,600 kg

0,109 kg
1,300 kg
650 ml

Bei der Betonmischung mit Sand bzw. dem erfindungsgemäßen Perlit wurden die trockenen Zuschläge zunächst ohne Wasser miteinander von Hand gemischt. Es wurde dann die Hälfte des Anmachwassers, d. h. 325 ml zugegeben und eine halbe Minute weiter gemischt. Dann wurde der Zement zugegeben, die Mischung während einer Minute fortgesetzt, die zweite Hälfte des Anmachwassers zugegeben und noch weitere IV2 Minuten gemischt. Die Verarbeitbarkeit beider Mischungen war gut, ein besonderes Ansteifen konnte bei keiner der beiden Mischungen festgestellt werden. Bei der Betonmischung mit dem handelsüblichen Perlit wurde der Blähton mit dem Zement und Wasser in der gleichen Weise gemischt wie bei den Mischungen mit Sand bzw. dem erfindungsgemäßen Perlit. In diese Mischung wurde dann der handelsübliche Perlit mit größter Vorsicht von Hand aus eingearbeitet. Die Mischung war gut verdichtbar. Aus diesen Mischungen wurden nun drei Würfel mit 10 cm Kantenlänge hergestellt.

Die Verdichtung erfolgte auf einem Rütteltisch. Die Würfelformen wurden mit einem feuchten Tuch abgedeckt, die Würfel nach 24 Stunden entformt und bis zur Prüfung im Feuchtkasten bei 20° C gelagert.

Die Ergebnisse waren folgendermaßen:

Mischung 1

Mischung 2

Mischung 3

Betonrohwichte (feucht) errechnet .... Betonrohwichte nach dem Entformen .

Betonrohwichte ofentrocken

Druckfestigkeit nach 7 Tagen im Mittel

.,60 g/cm³

1.61 g/cm³ 1,49 g/cm³

343 kg/cm*

1,34 g/cm³
1,34 g/cm³
1,23 g/cm³
342 kp/cm²

1,19 g/cm³
1,25 g/cm»
1,13 g/cm³
153 kg/cm²

Anwendungsbeispiel 2

Es wurde eine Betonmischung aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

Blähschiefer 7 bis 15 mm, mittlere

Kornrohdichte 1,19 g/cm³ 0,885 kg

Blähschiefer 3 bis 7 mm, mittlere

Kornrohdichte 1,22 g/cm³ 0,660 kg

Blähton 1 bis 3 mm, mittlere Kornrohdichte 1,10 g/cm³, durch Aufschwemmen in Chlorkalziumlösung mit einer Dichte von 1,35 von den sehr schweren Anteilen (Bruch) befreit 0,460 kg

Erfindungsgemäß im Gleichstromverfahren geblähter Perlit (Korngröße des aufgegebenen Rohperlits 0,2 bis 0,6 mm), mittlere Kornrohdichte 1,13 g/cm³ 0,360 kg

Erfindungsgemäß im Gleichstromverfahren geblähter Perlit (Korngröße des aufgegebenen Rohperlits 0,06 bis 0,2 mm), mittlere Kornrohdichte 1,08 g/cm³ 0,180 kg

PZ 475 1,300 kg

Wasser 650 ml

Der Zementgehalt betrug 400 kg/m³.

Die trockenen Zuschläge wurden zunächst ohne Wasser miteinander von Hand vermischt. Es wurde dann die Hälfte des Anmachwassers, d. h. 325 ml, zugegeben und eine halbe Minute weiter gemischt. Dann wurde der Zement zugegeben, die Mischung während einer Minute fortgesetzt, die zweite Hälfte des Anmachwassers zugegeben und noch weitere 1 ^lk Minuten gemischt. Die Verarbeitbarkeit der Mischung war gut, ein besonderes Ansteifen konnte nicht festgestellt werden.

Aus dieser Mischung wurden nun drei Würfel mit 10 cm Kantenlänge hergestellt. Die Verdichtung erfolgte auf einem Rütteltisch. Die Würfelformen wurden mit einem feuchten Tuch abgedeckt, die Würfel nach 24 Stunden entformt und bis zur Prüfung im Feuchtkasten bei 20° C gelagert.

Die Betonrohwichte dieser Würfel betrug nach dem Ausformen 1,41 g/cm³. Die Rohwichte des trockenen Betons betrug 1,28 g/cm³. Im Alter von 7 Tagen wiesen die Würfel eine Druckfestigkeit von im Mittel 358 kp/cm² auf.

Mit Hilfe des hier beschriebenen hochfesten Leichtsandes ist es somit gelungen, bei Festigkeiten von rund 350 kg/cm² ein Frischraumgewicht von etwa 1,3 zu erzielen. Eine derart günstige Kombination von Raumgewicht und Festigkeit wurde bisher noch nie verzeichnet.

Herstellungsbeispiele

Beispiel 1

Dem höher gelegenen Ende eines gasbeheizten Drehofens wurde im Gleichstrom mit den Flammengasen Rohperlit mit der Korngröße 0,06 bis 0,20 mm hinter der Flamme auf die Innenseite des Rohres aufgegeben. Durch die Drehung des Ofens und seine Schräglage rollte der Rohperlit langsam vorwärts in die heiße Zone des Ofens, wo die Blähung stattfand.

»5 Der geblähte Perlit wurde teils von den Ofenabgasen mitgerissen, teils rollte er infolge der Drehung und Schräglage aus dem Ofen heraus. Der von den Ofenabgasen mitgerissene geblähte Perlit wurde hinter dem Ofen durch Cyklone abgeschieden und mit dem aus dem Ofen herausrollenden Perlit vereinigt. Der so gewonnene Perlit hatte eine Kornrohdichte von im Mittel 1,1 g/cm³ und eine Schüttwichte von etwa 0,4 kg/dm³. In gleicher Weise wurde die Rohperlitfraktion 0,2 bis 0,6 mm gebläht. Bei etwas niedrigerer Temperatur ergaben sich andere Kornrohdichten, beispielsweise für die erwähnten Fraktionen Werte von etwa 1,5 g/cm³ entsprechend Schüttwichten von etwa 0,6 kg/dm³. Wurde hingegen der Rohperlit durch ein wassergekühltes Rohr unmittelbar in die Flamme eingebracht, wie dies bei der normalen Herstellung von geblähtem Perlit im allgemeinen geschieht, so wurde das bekannte, sehr leichte, weiche Material mit dem Schüttgewicht von etwa 0,1 erhalten.

Beispiel 2

Eine Rohperlitfraktion 0,2 bis 0,6 mm wurde im Drehofen im Gegenstromverfahren gebläht. Somit also wurde der Ofen vom tiefer gelegenen Ende her befeuert und vom höher gelegenen Ende aus mit dem Rohperlit beschickt. Der geblähte Perlit verließ bei diesem Produktionsverfahren den Ofen auf der Feuerungsseite, während die zu leicht geratenen Anteile mit den Ofenabgasen ausgetragen wurden. Im Gegenstromverfahren konnte so Perlit der Fraktion 0,2 bis 0,6 mm als auch der Fraktion 0,06 bis 0,2 mm gebläht werden. Die erzielte Kornrohdichte lag im Mittel bei 1,3 g/cm³.

Beispiel 3

Rohperlit mit einer Korngröße von 1 bis 3 mm wurde in einem Versuchsmuffelofen für 5 Minuten bei 1150⁰C belassen. Die Kornrohdichte des auf diese Weise geblähten Perlits lag im Mittel bei 1,2 g/cm³. Ein zweiter Versuch bei einer Erhitzungste:nperatur von 1200° C ergab im Mittel eine Kornrohdichte von 1,05 g/cm³. Anschließend gelang es, auch aus Rohperlit mit einer Korngröße unter 1 mm

bis etwa 0,1 mm in der beschriebenen Weise geblähten Perlit von ausreichender Dichte und Festigkeit herzustellen. Die einzelnen Körner kleben dabei allerdings zu einem erheblichen Teil aneinander und müssen getrennt werden, was beispielsweise durch Zer-

reiben in einem leichten Kollergang erfolgen kann. Auf diese Weise gelang es, feinkörnigen Perlit mit einer Korngröße unter 1 mm herzustellen, dessen Kornrohdichte zum überwiegenden Teil zwischen 1,0 5 und 1,5 lag.

Claims

Patentansprüche:

1. Zuschlagstoffe für Konstruktionsleichtbeton, die geblähtes glasiges Ergußgestein mit feinverteilten Wassereinschlüssen, wie Obsidian, Pechstein und vorzugsweise Feinperlit enthaltenden Leichtsand aufweisen,dadurch gekennzeichnet, daß das geblähte Gestein eine Kornrohdichte zwischen 0,7 und 1,7 g/cm³, vorzugsweise 1 und 1,5 g/cm³, sowie ein Wasseraufnahmevermögen unter 5%, bezogen auf das Trockengewicht, besitzt.

2. Zuschlagstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leichtsand eine Korngröße von 0 bis 3 mm, vorzugsweise 0,06 bis

1 mm, besitzt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Zuschlagstoffes für Konstruktionsleichtbeton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des geblähten Gesteins überwiegend glasiges Ergußgestein mit feinverteilten Wassereinschlüssen, wie Obsidian, Pechstein und vorzugsweise Feinperlit in einem Zeitintervall von

2 bis 20 Minuten bis zur beginnenden Schmelze erhitzt und damit zu einem Korn in der Fraktion 0 bis 3 mm, vorzugsweise 0,06 bis 1 mm, und einer Kornrohdichte von 0,7 bis 1,7 g/cm³, vorzugsweise 1,0 bis 1,5 g/cm³, gebläht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinperlit im Gleichstromverfahren gebläht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinperlit im Gegenstromverf ahren gebläht wird.