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Verfahren zur Herstellung von Holzbeton Bei der Verarbeitung von Holzabfällen,
wie Holzwolle, Säge- und Maschinenhobelspänen, zu steinartigen Körpern unter Beifügung
von hydraulischen Bindemitteln, wie Zement und Kalk, müssen die Holzabfälle zur
Verbesserung ihrer Verbindung mit dem Bindemittel eine Vorbehandlung erfahren. Die
Holzabfälle werden z. B. mittels Wassers oder Wasserdampfes zum Quellen gebracht,
mit Zement und Wasserglas mineralisiert, hierauf vollständig getrocknet und nach
Erfordernis mit Zement und Wasser zur sog. Holzbetonmasse verarbeitet. Besonders
nachteilig ist hierbei der für das vollständige Trocknen der mineralisierten Masse
erforderliche große Zeitaufwand und die geringe Druckfestigkeit der Baukörper.
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Auch die Mineralisierung der mit verdünnter Wasserglaslösung behandelten
oder vorbehandelten Holzabfälle bzw. die Nachbehandlung mit Zement und Kalk, mit
nachheriger Beigabe von Zement und Wasser als Bindemittel, haben zu keinem besseren
Ergebnis für die Druckfestigkeit geführt.
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Vor dem Vermischen mit Zement und Wasser sieht ein anderes Verfahren
ein längeres Kochen der Holzabfälle in Wasserglas vor. Der große Aufwand von kostspieligem
Brennstoff und Wasserglas verteuert diese Vorbehandlung erheblich, ohne daß nennenswerte
Vorteile erreicht werden.
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Die erwähnten und auch andere Verfahren haben den Nachteil, daß sie
das Zellengewebe und die Markstrahlen der Holzabfälle vollkommen abdichten, die
an und für sich zähe Holzstruktur brüchig machen sowie die mechanischen Eigenschaften
der Körper in erheblichem Maße ungünstig beeinflussen, insbesondere ihre Festigkeit
erheblich herabsetzen.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, das die Mängel der
bekannten Verfahren
beseitigt und die Verarbeitung der Holzbetonmasse
zu gut abbindenden Baukörpern großer Elastizität und Formhaltigkeit bei hoher Druckfestigkeit
ermöglicht. Dieses neue Verfahren sieht'das Aufquellen und Auslaugen der Holzabfälle
mit Wasser und vor dem Zusetzen 'des hydraulischen Bindemittels ein Tränken mit
einer wässerigen Kohlenstaubdispersion vor. Durch den konservierenden Einfluß dieser
Behandlung wird zugleich große Widerstandsfähigkeit gegen bakterielle und atmosphärische
Einflüsse erreicht.
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Praktisch. wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Die Holzabfälle
läßt man I2 bis I5 Stunden lang unter entsprechender Beigabe von Wasser aufquellen
und auslaugen. Sodann arbeitet inan die Holzmasse finit einer I bis .Io/oigen, vorzugsweise
2o/fligen wässerigen Steinkohlenstaubaufschwenimung bis zur gleichmäßigen Durchtränkung
durch. Der erhaltene feuchte, aber nicht tropfende Stoff wird dann mit handelsüblichem
Zement und Wasser vermischt und zu beliebigen Formen verarbeitet.
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Zum Tränken und :auslaugen mit Wasser kann auch durch Lagern im Freien
das Regenwasser ausgenutzt werden, was unter Umständen längere Zeit in Anspruch
nimmt und nötigenfalls durch Besprengen mit Leitungswasser unterstützt werden kann.
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Das Ansetzen der Imprägnierflüssigkeit geschieht z. B. in der Weise"daß
man in einem Bottich etwa ioo kg Kohlenstaub finit etwa iooo 1 Wasser anrührt. Von
der so erhaltenen io°/oigen Stammdispersion wird in einen .Iooo 1 fassenden, knapp
zur Hälfte mit Wasser gefüllten Behälter so viel zugesetzt, wie es sich durch die
Erfahrungen als zweckmäßig erwiesen hat, z. B. Zoo 1 zur Erzielung einer etwa io%igen
Dispersion.
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In die so angesetzte Imprägnierflüssigkeit werden die ausgelaugten
feuchten Späne in beliebiger Menge eingebracht, und das Ganze wird so lange durchgearbeitet,
bis die Masse durchweg gleichfarbig aussieht. Sodann wird die imprägnierte Masse
aus dem Bade herausgehoben und auf eine Abtropfbühne gebracht, von der die überschüssige
Flüssigkeit zur weiteren Verwendung in den Imprägnierbehälter zurücklaufen kann.
Diesen Abtropfvorgang läßt man so lange andauern, bis die .lasse sich in gut erdfeuchtem
Zustand befindet. Nach Maßgabe des Verbrauchs kann inan in den Imprägnierbehälter
Wasser und Stammdispersion nachfüllen. ' Der erdfeuchten Späneinasse wird unter
gründlicher Durchmischung von Hand oder in einer Mischmaschine trockener Zement
zugesetzt (Trockenmischung), und dann wird nach Wasserzugabe noch naß gemischt.
Aus der fertigen Masse werden die Bau-Körper wie üblich durch Stampfen oder Pressen
hergestellt. Bei der Bereitstellung der Masse 'für ein bestimmtes Baukörpervolumen
ist die Spänemenge dem Einschlag entsprechend gröPaer zu nehmen, -während die Zementmenge
nach dein Endvolumen zu berechnen ist.
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Nach dem beschriebenen Verfahren erhält man Körper von hoher Abbindefähigkeit.
die bei kleinem Raumgewicht sehr druckfest und elastisch sind und nicht zum Verziehen
neigen. Man kann Körper vom Raumgewicht o,7 bis I,3, je nach Beanspruchung, durch
entsprechende Zusammensetzung der Masse herstellen.
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Die Erzeugnisse des neuen Verfahrens sind sehr beständig gegenüber
irgendwelchen zerstörenden Einwirkungen chemischer oder physikalischer Art und indifferent
gegenüber Eisen und anderen Metallen.
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Für die Erzielung der angeführten Ergebnisse ist Voraussetzung, daß
der Kohlenstaub sich mindestens zum Teil in einem Zustande kolloider oder beinahe
kolloider Feinheit befindet, was z. B. auf Ruß, Lokomotivlösche und kauchkammerflugstaub
zutrifft. Steht ein genügend feiner Stoff nicht zur Verfügung. so kann man ilin
durch Feinmahlen vorliaiidenen Gutes erzeugen, wobei aber nicht etwa eine Kolloidmühle
verwendet oder das Mahlen über eine entsprechend lange Zeit t rstreckt zu werden
braucht, da bei jedem Malilprozela ein je nach der Dauer und Intensität der Einwirkung
v erschieden großer Teil des Mahlgutes eine Feinzerkleinerung erfährt. Tatsächlich
lassen auch Aufschlämmungen von grobem Kohlenstaub die Anwesenheit von Kolloiden
daran erkennen, daß auch nach längerem Absetzenlassen und anschließendem Filtrieren
die verbleibende klare Flüssigkeit noch einen ausgeprägten Faraday-Tvndall-Effekt
ergibt.
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Die günstige Auswirkung des neuen Verfahrens erklärt sich wie folgt:
Bei den in das Wasser eingebrachten Holzspänen tritt bekanntlich zunächst ein quellen
der Zellen bzw. des Zellverbandes ein. Die Hohlräume der Zellen füllen sich finit
Wasser. Die Erreichung dieses Zustandes wird durch Untersinken der Späne angezeigt.
Bei diesem Duellvorgang treten die in fV asser löslichen Bestandteile des Zellinnern
in das `'Wasser über und werden somit beim Ablaufenlassen des überschüssigen Wassers
in der Hauptsache weggeführt.
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1-')eiiil Einbringen des so vorbehandelten Spangutes in die Kohlenstaubdispersion
treten nun einerseits die kolloiden Anteile dieser Dispersion in die Zellhohlräume
ein. ;» denen sie durch das beiderseitige _Xdhiisiotisvermögen
festgehalten
werden, und zwar ohne auszuflocken, da die Elektrolyte durch den voraufgegangenen
Waschprozeß bereits entfernt wurden. Andererseits lagern sich die dispersen Teilchen
ebenfalls an den Zellwandungen ab.
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Wird das durchtränkte Gut nunmehr mit Zementstaub eingerührt, so bewirken
die disper sen Teilchen im Verein mit den kolloiden Anteilen, daß beim Abbinden
des Zementes, das ebenfalls ein kolloidchemischer Vorgang ist, jegliches Verziehen
des Formgutes vermieden wird, da die erhärtende Zementmasse zunächst noch an den
Spanoberflächen gleiten kann, wodurch irgendwelche Spannungszustände im ausgetrockneten
Gut mit Sicherheit vermieden werden. Auf dieser hervorragenden Schmierfähigkeit
kolloider Körper beruht z. B. die -glänzende Bewährung von Kolloidgraphit als Zusatz
für Schmieröl.
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Im vorliegenden Zusammenhang haben aber diese Hydrosole noch den weiteren
großen Vorteil, daß sie gebundenes Wasser nur sehr langsam abgeben -und damit einem
zu schnellen Abbinden der, Zementmischung vorbeugen. Bekanntlich verlangsamen sich
die chemischen Umsetzungen bei Erreichung eines Minimums an Feuchtigkeit, was zur
Folge hat, daß sich bei zu schnellem Austrocknen ein großer Teil der Zementsilikate
usw. der Umwandlung entzieht. Die Folge davon ist geringe Festigkeit des Fertigerzeugnisses.
Erfahrungsgemäß können die Abbindevorgänge nicht als Ionenreaktionen definiert werden,
die eine schnelle Umsetzung zur Folge hätten, sondern sind als Molekularreaktionen
anzusehen, die weit träger verlaufen. Daher ist zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche
des Steinkohlenstaubes usw. auch dessen Feinheitsgrad möglichst groß zu wählen.
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Das oben Gesagte wird durch folgendes Versuchsbeispiel erhärtet: Zwei
gleichartige Gemenge aus Bestandteilen derselben Herkunft wurden in gleichem Gewichtsverhältnis
nach dem vorliegenden Verfahren verarbeitet. Dabei fanden zur Probe A lediglich
einfach gewässerte Späne Verwendung, dagegen zur Probe B Späne, die außer der Wässerung
auch eine 48stündige Imprägnierung in Steinkohlenstaubdispersion erfahren hatten.
Bei Lufttrocknung unter genau denselben Bedingungen betrug die Gewichtsabnahme der
beiden Proben in 4 Tagen bei Probe A = 25,7'/o, bei Probe B = 14,2 'Jo.
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Mangels Vorhandenseins von Elektrolyten, die durch den Waschprozeß
entfernt wurden, ist ein Treiben und Blühen des erhärtenden Holzbetons ausgeschlossen,
im Gegensatz zu Erscheinungen, die bei Zugabe von Natri-1iinsil kat oder Kalksalzen
auftreten. Aus den beim Abbinden des Holzbetons gemäß der Erfindung stattfindenden,
nicht umkehrbaren Vorgängen erklären sich auch die besonders günstigen Eigenschaften
des Holzbetons vor allein in bezug auf Festigkeit und Widerstandsfähigkeit - gegen
atmosphärische Einflüssen. dgl., wie praktisch bereits in zum Teil langjährigen
Versuchen festgestellt werden konnte. Der teils kolloiden Kohlenstaubdispersion
kommen nebenbei auch bakterientötende Wirkungen zu, die möglicherweise auf die Bildung
von Schutzkolloiden, vielieicht aber auch auf Agglutinationen, d.li. auf die Bindung
der Kleinlebewesen an die Kolloide zurückzuführen sind.
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Bekannt ist die Verwendung von feinem Kohlenstaub, z. B. Ruß, bei
Mörtel und Zement als färbendem und zugleich dichtendem Zusatz auf Grund der Erkenntnis,
daß gerade der Feinheit dieser Zusätze eine dichtende Wirkung zuzuschreiben ist.
Die vorliegende Anwendung von Kohlenstaub bei der Herstellung von Holzbeton hat
nichts mit der Erzielung von Wasserdichtheit zu tun, sondern dient der Gewinnung
eines Erzeugnisses, das gegenüber den bekannten Holzbetonen Vorzüge hinsichtlich
Festigkeit, Formhaltigkeit und Haltbarkeit gegen chemische Zersetzung und bakterielle
Einflüsse bietet, weil i. infolge langsamerer Wasserabgabe aus der mit der Kohlenstaubdispersion
getränkten die Abbinde- und Erhärtungsreaktion des Zements restloser abläuft, 2.
unter dem Einfluß der Ablagerung von kolloidem und dispersem Kohlenstaub auf den
Zellwänden die erhärtende Zementmasse zunächst noch an den Spanoberflächen gleiten
kann, was die Neigung zum Verziehen wesentlich herabsetzt, 3. die Kohlenstaubdispersion
im Gegensatz zu Kalk- und Wasserglaslösungen keine Zersetzung erleidet, 4. die sich
ablagernden kolloiden Kohlenstaubteilchen zugleich bakterientötend und damit konservierend
auf die eingeschlossenen Holzfasern wirken.
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Überdies ist das neue Verfahren insofern gegenüber den bekannten Holzbetonverfahren
wirtschaftlich vorteilhaft, als Kohlenstaub überall zur Verfügung steht und Kohlenstaubdispersion
billiger als beispielsweise Wasserglaslösung ist.