DE4342996C2

DE4342996C2 - Verfahren zur Herstellung von Schaumglasgranulat

Info

Publication number: DE4342996C2
Application number: DE4342996A
Authority: DE
Inventors: Monika Stiebert; Michael Kleemann; Ralf Eichel
Original assignee: Lias-Franken Leichtbaustoffe & Co Kg 91352 Hallerndorf De GmbH; LIAS FRANKEN LEICHTBAU GmbH
Current assignee: Lias-Franken Leichtbaustoffe & Co Kg 91352 H GmbH
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2013-12-17
Also published as: DE4342996A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von als Leichtzuschlag dienendem Schaumglasgranulat aus gemahlenem Glas, mindestens einem Bindemittel und mindestens einem Blähmittel, bei dem Recyclingglas aus verschiedenen Chargen geeigneter Gläser und Zusatzkomponenten zu einer Zielzusammensetzung gemischt werden, bei dem diese Mischung vermahlen sowie anschließend mit dem Bindemittel und dem Blähmittel innig vermischt und in einem Formgebungsprozeß behandelt wird, so daß Rohgranulat anfällt, bei dem das Rohgranulat in einem Wärmebehandlungsverfahren mit gesteuertem Tem peraturregime geschäumt wird, und bei dem eine chemische Glaszusammensetzung der folgenden oxidischen Bestandteile mit der Maßgabe vorliegt, daß die Summe aller Bestand teile 100 Masse-% beträgt: SiO₂, Na₂O, K₂O, Al₂O₃, CaO, MgO, Fe₂O₃, BaO, Sonstige, wobei der Alkalioxidgehalt (Na₂O und K₂O) in der Summe begrenzt ist.

Das Schaumglasgranulat wird als Leichtzuschlag in zementgebundenen Leichtmörteln, Leichtbetonen und Wärmedämmputzen verwendet und wird aus Recyclingglas hergestellt. Die Herstellung und die Zusammensetzung von Schaumgläsern, auch Blähgläser genannt, sind grundsätzlich bekannt. Die Einsatzfähigkeit eines Schaumglasgranulats in Zementver bunden beinhaltet die Forderung nach einer hohen chemischen Resistenz gegenüber der alkalischen Porenwasserlösung. Diese ist sowohl beim Abbindevorgang als auch zeitweise oder permanent während klimatisch bedingter Durchfeuchtungen der Zementmatrix vor handen. Die chemische Beständigkeit des Schaumglases selbst ist abhängig von dessen oxidischer Zusammensetzung und der spezifischen Oberfläche, die während einer korro siven Beanspruchung vorliegt.

Bei einem bekannten (EP-OS 0 484 634) Verfahren der eingangs genannten Art soll der Alkalioxidgehalt wenigstens 15 Masse-% betragen und ist folgende chemische Zusam mensetzung des gemahlenen Glases angegeben, jeweils in Masse-%: SiO₂ 70-75, Al₂O₃ 1-2, CaO 3-6, MgO 2-4, BaO -1,0, Na₂O 14-16, K₂O 0,5-1,5 und Sonstiges -0,5. Die in einem Formgebungsprozeß zu behandelnde Mischung wird durch Granulieren zu Granulat geformt. Bei dem Verfahren ist ein relativ großer Alkalioxidgehalt gegeben, wobei für Na₂O 14-16% angegeben sind. Dieser relativ hohe Gehalt an Alkalioxid verschlechtert die Beständigkeit des Schaumglasgranulats gegen stark alkalische Lösungen. Die Einsatzfähig keit eines Schaumglasgranulats in Zementverbunden beinhaltet jedoch die Forderung nach einer hohen chemischen Resistenz gegenüber der alkalischen Porenwasserlösung. Man ist also daran interessiert, den Gehalt an Alkalioxid zu verringern, um eine verbesserte Beständigkeit des Schaumglasgranulats gegen stark alkalische Lösungen zu erreichen. Wenn man bei dem bekannten Verfahren den Gehalt an Alkalioxid verringert, dann verringert sich auch das Ausmaß der erreichbaren Schäumung und erhöht sich die Temperatur des Wärmebehandlungsverfahrens, d. h. die Temperatur, die für die Schäumung nötig ist und bei der die Sinterung erfolgt.

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Schaumglasgranulat bekannt (AT-PS 257 078), das kaum Angaben über die Zusammensetzung der in dem Formgebungsprozeß zu behandelnden Mischung macht. Diese Mischung wird mittels Preßwalzen zu Preßlingen gepreßt, die zerkleinert werden; die Preßwalzen arbeiten mit Preßdrücken von 50-1000 kp/cm², d. h. von 0,5-100 MPa. Es ist nicht zu entnehmen, welchen Einfluß dieser relativ niedrige Preßdruck auf das Ausmaß der erreichbaren Schäumung und die Temperatur der Wärmebehandlung hat.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bei einer Verringerung des Alkalioxidgehalts eine Verringerung der erreichbaren Schäumung und eine Erhöhung der Temperatur der Wärmebehandlung vermieden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalioxidgehalt weniger als 15 Masse-% beträgt und die chemische Zusammensetzung des hergestellten Schaumglasgranulats im Bereich folgender Gehalte liegt:

SiO₂
68,5-75 Masse-%
Na₂O	10-< 14 Masse-%
K₂O	bis 2,5 Masse-%
Al₂O₃	1,8-3 Masse-%
CaO	< 6-11 Masse-%
MgO	0,5-4 Masse-%
Fe₂O₃	bis 0,5 Masse-%
SO₃	bis 0,4 Masse-%
TiO₂	bis 1 Masse-%
BaO	0,5-3 Masse-%
Sonstige	bis 0,5 Masse-%

daß die in dem Formgebungsprozeß zu behandelnde Mischung mittels Preßwalzen zu Preßlingen gepreßt wird und die Preßlinge zu Rohgranulat zerkleinert werden, und daß die Preßwalzen mit Preßdrücken von < 100 bis 200 MPa arbeiten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird unter Verwendung von Recyclingglas, ins besondere Behälterglas und Flachglas, ein Schaumglasgranulat chemisch beständiger Zusam mensetzung gegenüber der alkalischen Beanspruchung in der Zementmatrix und gleich zeitig ein Verfahren angegeben, das es gestattet, Schaumglasgranulat bestimmter Zusam mensetzung mit gezielten Eigenschaften herzustellen. Dabei ist der Einfluß der Alkalioxide Na₂O und K₂O im Zusammenspiel mit den stabilisierenden Oxiden Al₂O₃, CaO und MgO auf die chemische Beständigkeit des Schaumglasgranulates im Zement optimiert und sind die anteiligen Gehalte so festgelegt, daß schädigende Wirkung auf die Zementmatrix vermieden werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gewährleistet, daß bei einer möglichst niedrig zu haltenden Sintertemperatur eine optimale Ausbildung der Poren struktur und der damit verbundenen mechanischen und thermischen Eigenschaften des Schaumglasgranulates erfolgt.

Es wurde gefunden, daß die Einhaltung des Na₂O-Gehaltes unter 14 Masse-% und des Al₂O₃-Gehaltes über 1,8 Masse-% für die Alkalibeständigkeit des Schaumglasgranulates in der Zementmatrix von besonderer Bedeutung ist. Die Begrenzung des Al₂O₃-Gehaltes auf maximal 3 Masse-% dient vorwiegend dazu, die Sintertemperatur im Bereich von 750°C bis 850°C zu halten und damit Energie zu sparen.

Nach der Erfindung wird der Erdalkaligehalt von 8 bis 15 Masse-% und ein Alkaligehalt von weniger als 15 Masse-% angestrebt. Darin eingeschlossen ist auch die Minimierung des für die Granulation und Schäumung notwendigen Wasserglaszusatzes (Natriumsilikat).

Zuschläge üblicher aufgemahlener Glasrohstoffe wie z. B. Feldspate (Al₂O₃ und SiO₂), Sande (SiO₂), Tonerdehydrat (Al (OH)₃) oder in Form von Kaolinen, Tonen (Alumo silikate) erhöhen die chemische Beständigkeit, erfordern jedoch höhere Sintertemperaturen und verschlechtern die Porenstruktur sowie die Druckfestigkeit. Daher betragen beim erfindungsgemäßen Verfahren die maximalen Beimengungen in Summe 2-5 Masse-% bezogen auf das Glas.

Die Herstellung der Zielzusammensetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt durch ein definiertes Mischen und gemeinsames Aufmahlen von geeigneten Glaschargen und Zusätzen. Folgende Zusätze, die schädliche Auswirkungen des Schaumglasgranulates in der Zementmatrix hervorrufen können, sollten ausgeschlossen werden:
Nitrate
Sulfate und andere Schwefelverbindungen
Chloride
Phosphate
fluorhaltige Verbindungen
borhaltige Verbindungen

Ebenso werden Gläser ausgeschlossen, deren Zusammensetzungen selbst oder in Kombi nation mit anderen Gläsern ungenügende Alkalibeständigkeit in der Zementmatrix bewir ken, insbesondere werden borhaltige und/oder fluorhaltige Gläser nicht für die Herstellung des Schaumglasgranulats des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt. Das Schaumglas granulat weist in Abhängigkeit von der Korngröße z. B. nachstehende Eigenschaften auf:

Wärmeleitfähigkeit:
0,05-0,060 W/(m_*K)
Dichte:	200-300 kg/m³
Schüttdichte:	100-250 kg/m³
Porendurchmesser:	0,0001-0,5 mm
Gasinhalte der Poren:	CO₂, CO, N₂, H₂, H₂O, O₂, Ar

Das erzeugte Schaumglasgranulat weist eine über den gesamten Korn querschnitt gleichmäßige Porenverteilung auf.

Um ein mechanisch stabiles Rohgranulat zu erhalten, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren über ein Kompaktier- und Zerkleinerungsverfahren durch die Druckeinwirkung eine notwendig gute Verdichtung und Benetzung aller Glasteilchen bei gleichzeitiger Minimierung des Wasserglaszusatzes erreicht. Die muldenförmig gestalteten profi lierten Preßwalzen ermöglichen eine relativ gleich mäßige Verdichtung des Preßgutes über eine Durch walkung des in den Walzspalt eingezogenen Materi als.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die Anwendung von Preßdrücken von 100-200 MPa und die Verwendung von Glaspulver der Körnung klei ner 63 µm, vorzugsweise kleiner 40 µm, in Kombina tion mit einem Wasserglaszusatz (37-40 Be) von 5-10 Masse-% und einem kohlenstoffhaltigen Treibmittel, welches sich vorzugsweise im Wasserglas löst. Es entsteht ein Rohgranulat mit einer Rohdichte von ca. 1,5-1,8 g/cm³, das eine sehr feine und homogene Verteilung von Primärporen und Treibmitteln besitzt.

Mit Hilfe des Schäumungsprozesses, der vorzugsweise in einem Drehrohrofen bei Temperaturen zwischen 700 und 850°C, vorzugsweise 750°C bis 800°C, und Ver weilzeiten von 3 bis 30 Minuten, vorzugsweise 15 Minuten, durchgeführt wird, erfolgt die Porenbil dung im Durchmesserbereich von 0,0001 mm bis 0,5 mm. Der Hauptteil der Poren ist geschlossenzellig, ihr Durchmesser beträgt weniger als 0,1 mm. Die schüttdichte des Schaumglasgranu lates liegt je nach Körnung zwischen 100 und 250 kg/m³. Der Schäumungsvorgang wird wesentlich durch den viskositätsverlauf im Verarbeitungsbereich der sich aus den Ausgangskomponenten neubildenden Glasmatrix beeinflußt. Hierbei trägt das Oxid BaO in den Kon zentrationen von vorzugsweise mehr als 0,5 Masse-% und weniger als 3 Masse-% dazu bei, das Temperatu rintervall der für die Schäumung günstigen Viskosi tät zu verbreitern. Das Temperaturregime beinhaltet ebenfalls eine de finierte Abkühlung der Granalien, um damit zu große thermische Materialspannungen zu vermeiden.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausfüh rungsbeispiel näher erläutert:

Zwei Ausgangsgläser wurden in geeigneter Weise ver mischt, um die obengenannte Zielzusammensetzung zu erreichen:

Dieses Glas wurde auf eine Feinheit von kleiner 40 µm vermahlen, mit 10 Masse-% Wasserglas (37-40 Be) und 0,3 Masse-% Zucker innig vermischt und mit preßdrücken von ca. 150 MPa über eine Formmulden walzenpresse verarbeitet. Die Zerkleinerung der Schülpen erfolgte mittels einer Hammermühle. Das so gewonnene Gut wurde fraktioniert und das Über- und Unterkorn in den Arbeitskreislauf zurückgeführt. Die Sinterung und Schäumung fand in einem Drehrohr ofen bei 770°C und 15 Minuten statt. Daraufhin er folgte eine definierte Abkühlung des Materials, um thermische Spannungen zu vermeiden.

Die chemische Granulatzusammensetzung betrug bei Vernachlässigung des Glühverlustes:


Masse-%
SiO₂	71,94
Na₂O	12,27
K₂O	1,73
Al₂O₃	2,45
CaO	8,43
MgO	2,08
Fe₂O₃	0,19
SO₃	0,01
TiO₂	0,03
BaO	0,84
P₂O₅	0,01
MnO	0,01
Summe	100,00

Gasinhalte der Poren: CO₂, CO, N₂, H₂, H₂O, O₂, Ar.

Das auf diese Weise hergestellte Schaumglasgranulat besitzt vorzugsweise folgende physikalischen Eigen schaften:

Wärmeleitfähigkeit:
0,06 W/(m_*K)
Dichte:	300 kg/m³
Schüttdichte je Kornfraktion @	0,5-1 mm:	250 kg/m³
1-2 mm:	225 kg/m³
2-4 mm:	180 kg/m³
4-8 mm:	150 kg/m³
Porendurchmesser:	0,0001-0,1 mm
mittlerer Porendurchmesser: (Messung mit Hg-Porosimeter):	0,0005 mm

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von als Leichtzuschlag dienendem Schaumglasgranulat aus gemahlenem Glas, mindestens einem Bindemittel und mindestens einem Blähmittel,

- bei dem Recyclingglas aus verschiedenen Chargen geeigneter Gläser und Zusatzkom ponenten zu einer Zielzusammensetzung des hergestellten Schaumglasgranulats im Bereich folgender Gehalte (in Masse-%) SiO₂ 68,5-75 Masse-% Na₂O 10-< 14 Masse-% K₂O bis 2,5 Masse-% AI₂O₃ 1,8-3 Masse-% CaO < 6-11 Masse-% MgO 0,5-4 Masse-% Fe₂O₃ bis 0,5 Masse-% SO₃ bis 0,4 Masse-% TiO₂ bis 1 Masse-% BaO 0,5-3 Masse-% Sonstige bis 0,5 Masse-%,

gemischt werden,
- wobei der Alkalioxidgehalt weniger als 15 Masse-% beträgt,
- diese Mischung vermahlen sowie anschließend mit dem Bindemittel und dem Bläh mittel innig vermischt wird,
- die Mischung mittels Preßwalzen mit Preßdrücken von < 100 bis 200 MPa zu Preßlingen geformt wird,
- die Preßlinge zu Rohgranulat zerkleinert und
- in einem Wärmebehandlungsverfahren mit gesteuertem Temperaturregime ge schäumt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Glaszusammen setzung der Gehalt der Erdalkalioxide CaO, MgO und BaO < 8 bis 15 Masse-% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung der vermahlenen Mischung weniger als 63 µm, vorzugsweise weniger als 40 µm beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehand lung des Rohgranulats im Temperaturbereich von 700°C bis 850°C, vorzugsweise von 750°C bis 800°C, über eine Dauer von 3 bis 30 Minuten, vorzugsweise 15 Minuten, durchgeführt wird und die Abkühlung des verschäumten Granulats definiert gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es auf die Herstellung eines Schaumglasgranulats mit den nachfolgenden physikalischen Eigenschaften eingestellt ist: Wärmeleitfähigkeit: 0,05-0,060 W/(m·K), Dichte: 200-300 kg/m³ und Schüttdichte 100-250 kg/m³.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es auf die Herstellung eines Schaumglasgranulats eingestellt ist, bei dem die Oberfläche vorwiegend geschlossenporig ist und im Kern Poren im Durchmesserbereich von 0,0001 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,0001 mm bis 0,1 mm vorliegen.