DE2601683A1

DE2601683A1 - Kalk-kieselsaeure-gemisch sowie verfahren zur herstellung von dampfgehaerteten baustoffen daraus

Info

Publication number: DE2601683A1
Application number: DE19762601683
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hergeth; Dieter Dr Hums; Werner Wetzig
Original assignee: Ytong AG
Current assignee: Ytong AG
Priority date: 1976-01-17
Filing date: 1976-01-17
Publication date: 1977-07-21
Also published as: BE850303A; CH631144A5; AT363842B; US4115140A; SE426234B; DE2601683B2; SE7613726L; DE2601683C3; ATA307376A

Description

DR, SOLF & ZAPF PATENTANWÄLTE

DR.-ING. DIPL.-TNG. A. Sl DIPL.-ING. CHR. ZAPF

56 Wuppertal 1 Wall 27/29 Postfach 13O219

l/ko/299 Patentanmeldung

Y T O N G AG, 8000 München 19, Volkartstraße 8 3

Kalk-Kieselsäure-Gemisch sowie Verfahren zur Herstellung von dampfgehärteten Baustoffen daraus

Zur Herstellung von dampfgehärteten Baustoffen werden in der Regel Gemische aus kieselsäurehaltigen Rohstoffen - wie z. B. Sand oder Schlacken - und kalkhaltigen Bindemitteln wie Feinkalk und/oder Zement verwendet, wobei das Verhältnis von SiQp zu CaO meist 90 zu 10 bis 65 zu 35, insbesondere 80 zu 20, beträgt.. Diese Mischungen werden nach einem Formgebungspro— zeß in Autoklaven mittels Wasserdampf bei erhöhtem Druck bzw. erhöhten Temperaturen gehärtet. Unter diesen Bedingungen werden die Kieselsäure und die Bindemittel, insbesondere die CaO-Komponente der Bindemittel, gelöst. Die in Lösung gegangenen Komponenten reagieren unter Bildung von Calciumhydrosilikaten (CSH-Phasen), die im dampfgehärteten Baustoff als Bindemittel wirken und dem Material die mechanische Festigkeit verleihen.

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Um. die Reaktionsfähigkeit während der Autoklavbehandlung zu erhöhen, werden in den Ausgangsgemischen der dampfgehärteten Baustoffe neben dem Bindemittel auch die kieselsäurehaltigen Komponenten fein gemahlen. So mahlt man die bei der Gasbetonproduktion verwendeten Sande auf unter 100 μΐη. auf. Eine weitere Peinstmahlung würde erhebliche Kosten verursachen, und außerdem sind dem Peinheitsgrad aufgrund der derzeitigen Mahl aggregate Grenzen gesetzt.

Es ist bereits versucht worden, reaktionsfähige, von Haus aus sehr feine Kieselsäuren in Gasbetonmischungen zu verwenden. Die natürlichen und industriellen Produkte dieser Art sind jedoch teuer und in ihrer Zusammensetzung nicht gleichmäßig genug. Darüber hinaus stehen sie häufig auch nicht in ausreichender Qualität zur Verfügung, denn sie enthalten zu viele im Autoklavprozeß störende Bestandteile*

Ein weiterer Nachteil ist, daß die feine Kieselsäure Wasser bindet. Dadurch steigt die Viskosität einer wasserhaltigen Mischung so stark an, daß beispielsweise die Pumpfähigkeit schlecht und der Treibvorgang in einer Gasbetonmischung unvollkommen sein kann. Die angesteifte Masse wird zu spröde und läßt sich auf den herkömmlichen Drahtsägen nicht schneiden.

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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Kalk-Kieselsäure-Gemisch sowie ein Verfahren zu schaffen, die sich insbesondere zur Herstellung von dampfgehärteten Baustoffen unter Verwendung feinteiliger Kieselsäure eignen, ohne die aufgezeigten Nachteile zu verursachen.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Kalk-Kieselsäure-Gemisch insbesondere zur Herstellung dampfgehärteter Baustoffe, im wesentlichen bestehend aus mindestens einer reaktionsfähigen CaO- und mindestens einer reaktionsfähigen SiOp-Komponente sowie ggf. an sich bekannten Treibmitteln und Wasser, gekennzeichnet durch einen Gehalt an fluorhaltiger, chemisch gefällter Kieselsäure. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Kieselsäure zusätzlich Alkalien in Spuren und bis zu 2,0 Gew.$, insbesondere von 0,01 bis 1,0 Gew.%, und Aluminiumoxyd in Mengen von 1,0 bis 4,0 Gew.%, insbesondere von 2 bis 3 Gew..%, sowie Wasser in Mengen von 30 bis 70 Gew.%, insbesondere von 40 bis 60 Gew.%, enthält. Eine vorzugsweise verwendete gefällte Kieselsäure weist als Fluorkomponente AlFp.aq auf und hat die folgende Zusammensetzung:

85 bis 96 Gew.% SiO₂

1 bis 4 Gew.% ^A1 ₂°3

Spuren bis 1 Gew.% Alkalien

1 bis 8 Qe-w.% AlF₂.aq

2 bis 8 Gew.% Glühverlust

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Besonders geeignet ist eine Kieselsäure folgender Zusammensetzung:

91 bis 93 Gew.%

1 bis 3 Gew.% ₂3 0,01 bis 0,2 Gew.% Alkalien

2 bis 4 Gew.% AlFg.aq

4 bis 6 Gew.% Glühverlust

Eine derartige Kieselsäure fällt beispielsweise bei der Fluorproduktion an und wird derzeit noch deponiert. Da das Material nur sehr langsam austrocknet, somit lange als Schlamm erhalten bleibt, stellt es eine latente Umweltgefahr dar. Es ist ein chemisch gefälltes Abfallprodukt, das entsteht, wenn aus Fluorkieselsäure andere Fluorverbindungen, z. B. Aluminiumfluorid, hergestellt werden. Die gefällte Kieselsäure wird auf Trommelfiltern bis auf ca. 50 Gew.% Wassergehalt entwässert.

Diese Kieselsäure besitzt eine spezifische Oberfläche, gemessen nach BET, von 2 bis 15 m²/g, insbesondere von 5 bis 10 m /g, und ist röntgenamorph. Sie enthält in der Regel produktionsbedingt noch Wasser, kann daher leicht transportiert und insbesondere bei Verwendung von Branntkalk als CaO-Komponente in dem erfindungsgemäßen Gemisch verarbeitet werden, weil der Ablöschprozeß und die Viskosität einer wasserhaltigen Mischung durch den Wassergehalt der Kieselsäure begünstigt werden.

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Die Zusatzmenge der gefällten Kieselsäure beträgt 0,-1 bis 10 Gew.%, vorzugsweise 0,5 bis 6 Gew.%, bezogen auf die Gesamt-Feststoffmenge.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von dampfgehärteten Baustoffen, insbesondere von Gasbeton, aus dem erfindungsgemäßen Gemisch wird die reaktionsfähige CaO- und SiOp-haltige Komponente sowie ggf. Wasser getrennt in einen Mischer gegeben, dort ggf. unter Zusatz von Treibmitteln in üblicher Menge etwa 1 bis 3 min, vorzugsweise 2 min, gemischt, die Masse in Formwagen gegossen, etwa 3 bis 30 min dem Treibvorgang überlassen, nach Erreichen ausreichender Festigkeit geschnitten und in einem Autoklaven unter üblichen Sattdampfbedingungen gehärtet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß zur Herstellung der Si0₉-Komponente zunächst ein üblicherweise verwendeter Sand einer Körnung von 60 bis 100 % unter 100 um, vorzugsweise von 7 5 bis 90 % unter 90 um, mit der gefällten Kieselsäure und Wasser im Verhältnis von Sand/Kieselsäure/Wasser von 100 : 0,7 : 34 bis 100 : 8 : 36 etwa 1 bis 2 Stunden vorgemahlen und der daraus resultierende Sandschlamm anschließend vor dem Mischen mit der CaO-haltigen Komponente gelagert wird. Insbesondere diese Naßmahlung und Lagerung hat in überraschender Weise eine günstige Wirkung auf die Viskosität des pumpfähigen Sandschlammes sowie auf das Schneidverhalten der geblähten Mischung. Ebenso

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besonders günstig ist, wenn nach dem Treibvorgang eine Standzeit von etwa 1 bis 8 Stunden, vorzugsweise von 1,5 bis 3 Stunden, vorgesehen wird.

Des weiteren ist es erfindungsgemäß möglich, auf die gemeinsame nasse Vormahlung von- Sand und Kieselsäure zu verzichten und die chemisch gefällte Kieselsäure mit dem Kalk, Wasser und Treibmittel dem Mischer aufzugeben.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gasbetonsteine besitzen etwa 10 bis 30 % höhere Festigkeiten gegenüber einem Material, das ohne Kieselsäure hergestellt wird. Dabei sind die Einwaagen der üblichen Rohstoffe in den erfindungsgemäßen Gemischen unverändert. Bei Erhöhung des Bindemittelanteils, z. B. des Anteils von Brannt- oder Hydratkalk, ist durch den Kieselsäurezusatz eine noch größere Steigerung der Festigkeit zu erzielen, während ohne Zusatz der Kieselsäure die Festigkeit bereits bei geringfügiger Erhöhung des Bindemittelanteils erheblich abfällt (tiberkalken) .

Die Verwendung der chemisch gefällten Kieselsäure insbesondere aus der Flußsäureproduktion war keineswegs naheliegend. Als

wesentlicher Hinderungsgrund dafür gilt der Restgehalt von fluorhaltigen Verbindungen und anderen Verunreinigungen in der Kieselsäure. Denn es mußte befürchtet werden, daß unter

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Autoklavbedingungen Fluor freigesetzt wird und die Autoklavwandungen sowie die Bewehrung der Baustoffe, die sich zur Härtung im Autoklaven befinden, korrodiert werden. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß weder im Abdampf,im Autoklavkondensat sowie in den dampfgehärteten Baustoffen keine beachtlichen Fluorkonzentrationen auftreten. Darüber hinaus war zu befürchten, daß durch die große spezifische Oberfläche der Kieselsäure im Sandschlamm erhebliche Viskositätserhöhungen auftreten und der Schlamm seine Pumpfähigkeit verliert. Es wurde jedoch festgestellt, daß direkt nach der Vermischung oder gemeinsamen Vermahlung von Sandschlamm und Kieselsäure die Viskosität geringfügig ansteigt, daß aber nach der Lagerzeit die Viskosität wieder abfällt und sogar niedrigere Werte als ohne Kieselsäurezusatz erreicht. Somit können sogar Schlämme mit höherem Feststoffanteil- verarbeitet werden.

Ein weiterer überraschender Effekt ist, daß die Kieselsäure nicht wie erwartet der aufgährenden und ansteigenden Masse Wasser entzieht und zu einer hohen Viskosität während des Treibvorganges führt . Vielmehr blieb der Treibvorgang unbeeinflußt, und es ergab sich dennoch ein stärkerer Austrocknungseffekt der Masse. Diese Austrocknung war jedoch nicht nachteilig, weil die Masse thixotropes Verhalten zeigte und sogar noch scharfkantiger geschnitten werden konnte, wobei

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sich ein porengefügegetreues, d. h. unverschmiertes Schnittbild ergab. Insofern lassen sich insbesondere Montagebauteile mit genauen und scharfen Profilen herstellen.

Der synergistische Effekt der insbesondere bei der Fluorherstellung anfallenden chemisch gefällten Kieselsäure -in bezug auf die Viskosität und die Festigkeit der dampfgehärteten Produkte wird noch ergänzt durch die besonders günstige Wirkung auf die Austrocknungsschwindung. Denn es konnte festgestellt werden, daß Produkte, die aus den erfindungsgemäßen Gemischen hergestellt worden waren, eine geringere Schwindung aufwiesen als Produkte, die nach üblichen Verfahren hergestellt worden sind. Auch diese Wirkung der gefällten Kieselsäure war überraschend, weil bei Erhöhung der Feinheit der kieselsäurehaltigen Komponente in einer Gasbetonmischung die Schwindneigung erhöht wird.

Beispiel:

Zur Herstellung von Gasbeton wurden 100 t Rohsand einer Körnung von 0 bis 5 mm und 10 t chemisch gefällte wasserhaltige Kieselsäure aus der Fluorproduktion sowie 33 t Wasser einer kontinuierlich arbeitenden Naßmühle aufgegeben und diese Mischung im Durchlauf gemahlen. Der anfallende Sandschlamm wurde mehrere Stunden im Rührwerkssilo gelagert. Eine Charge des Sandschlammes wurde dann mit 500 kg Bindemittel, beste-

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hend aus Weißfeinkalk und Zement, und 20 kg Treibmittel (Aluminiumpulver) in einem hochtourigen Mischer 2 min vermischt.
Nach Auslauf in einen Formenwagen gärte die Masse 5 bis 10
min, steifte an und wurde 2,5 Stunden stehen gelassen. Im Anschluß daran wurde die Masse geschnitten und bei 12 atü im
Autoklaven etwa 6 Stunden gehärtet. Tm Vergleich mit üblichen Gasbetonsteinen, die unter Verwendung des gleichen Kalkgehaltes und Sandes hergestellt worden waren, ergab sich bei einem Trockenraumgewicht von 0,47 kg/dcm eine Festigkeitssteigerung

ρ ρ

von 25 kp/cm auf 31 kp/cm .

Da nach den entsprechenden Normen für Gasbeton G 25 eine Druck-

festigkeit von 2 5 kp/cm verlangt wird, ergibt sich die Möglichkeit, das Trockenraumgewicht zu senken. So wurde das
Trockenraumgewicht in der Produktion von 0,49 kg/dcm auf
0,42 kg/dcm gesenkt, was zu erheblichen Materialeinsparungen führte. Gleichzeitig verringerte sich die Wärmeleitzahl von
0,098 auf 0,08 3 kcal/m h ⁰C für das leichtere Produkt.

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Claims

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PateataEspräche

Kalk—Kieselsäure—Semisch insbesondere zur Herstellung dampfgehärteter Baustoffe_t im wesentlichen bestehend aus mindestens einer reaktionsfähigen CaQ- und mindestens einer· reaktionsfähigen SiGu—Komponente sowie ggf. an sieBi bekannten Treibmitteln νεηύ. Wassef^ gekennzeich net durch ■ einen Qehalt an flTüoriialtiger¹ ciiemiscli gefällter·

2» EaIk-Kieselsäure—Semisab. nach itaspi-nich 1_r dadurch gekenn κ eichn e t_f daß die gefällte Kieselsäure AlFp «aq in Mengen von 1 bis 8 Sew.^₃, insbesondere 2 bis 4 Qew„$, enthält.

3» Ealk—EieselsätETe—Semisch nach Anspruch 1 tind/odei¹¹ 2, d a— durch gekennzeichne tj daß die gefällte Kieselsäure Alkalien _t insbesondere in Spuren und bis 1; Sew»^j insbesondere won Q₁Oi bis 0,5 &.ew_K%_T enthält.

4. Kalk—Kieselsäure—Semisch nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß ü.±& Kieselsäure Al~,Qu in Mengen von 1 bis 4 ^ insbesondere von 1 bis 3 Sew.^, enthält.

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5. Kalk-Kieselsäure—Gemisch nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure 40 bis 60 Gew.% H₂O enthält.

6. Kalk—Kieselsäure—Gemisch nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure folgende Zusammensetzung aufweist:

85 bis 96 Qew.% 1 bis 4 Gew.$

1 bis 8 Ge«r.#

Spuren fels 1 Gew.^ Alkalien

2 bis 8 Gevr«$ Glühverlust

7. Kalk—Kieselsäure—Gemisch nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ü±& Kieselsäure eine spezifische Oberfläche
von 2 bis 15 m /g,. Insbesondere von 5 bis 10 n* /g* aufweist und röntgenamorph Ist.

8. Kalk-Kieselsäure—Gemisch nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure eine chemisch gefällte Kieselsäure der Fluorproduktion 1st.

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- ye- <3.

9. Kalk—Kieselsäure—Gemisch nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch die Kieselsäure in Mengen von 0,5 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Gesamt—Feststoffmenge, enthält.

10. Verfahren zur Herstellung von dampfgehärteten Baustoffen, insbesondere von Gasbeton aus einem Kalk-Kieselsäure-Gemisch nach Anspruch 1 bis 9, wobei die CaO- und SiOp-haltige Komponente ggf. mit Wasser getrennt in einen Mischer gegeben, dort unter Zusatz von Treibmitteln in üblicher Menge etwa 1 bis 3 min, vorzugsweise 2 min, gemischt, die Masse in Formenwagen gegossen, etwa 3 bis 30 min dem Treibvorgang überlassen, naß geschnitten und im Autoklaven unter üblichen Bedingungen gehärtet wird, dadurch g e k en η ze i chn et, daß zur Herstellung der SiO«-. Komponente zunächst ein üblicherweise verwendeter Sand einer Körnung von 0 bis 10 mm, vorzugsweise von 0 bis 3 mm, mit der chemisch gefällten Kieselsäure und Wasser im Verhältnis von Sand/Kieselsäure/Wasser von 100 : 0,7 : 34 bis 100 : 8 : 36 etwa 1 bis 2 Stunden vorgemahlen und der daraus resultierende Sandschlamm anschließend vor dem Mischen mit der CaO-haltigen Komponente gelagert wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sandschlamm 0,5 bis 24 Stunden, vorzugsweise 1 bis 8 Stunden, lagert.

12. Verfahren nach Anspruch 10 und/oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der SiOp-haltigen Komponente der Sand mit der chemisch gefällten Kieselsäure trocken vorgemahlen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure gemeinsam mit dem gemahlenen Sand und den Bindemitteln am Mischer aufgegeben wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse nach dem Treibvorgang 1 bis 8 Stunden, vorzugsweise 1,5 bis 3 Stunden, steht.

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