WO2018091015A1 - Verfahren zum herstellen einer hydraulisch abbindenden baustoffsuspension, zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende baustoffsuspension und bauteil hergestellt mit einer hydraulisch abbindenden baustoffsuspension - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer hydraulisch abbindenden baustoffsuspension, zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende baustoffsuspension und bauteil hergestellt mit einer hydraulisch abbindenden baustoffsuspension Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hydraulically setting building material suspension and a composition for a hydraulically setting building material suspension.
  • the building material suspension is preferably formed with lightweight porous aggregates and is thus suitable as a packaged lightweight material in structural engineering.
  • the invention relates to a manufactured with a hydraulically setting building material component.
  • Microstructured lightweight concretes are of great importance because of their advantageous physical properties, in particular the reduced weight and the good thermal insulation properties in structural engineering.
  • the advantageous properties are achieved by the use of lightweight aggregates, such as expanded clay, pumice, vermiculite, per-
  • CONFIRMATION COPY Lite zeolites or foam glass, which usually have a high porous content.
  • the transport of lightweight concrete and in the further processing the problem arises that the water required for the hydraulic setting of the lightweight concrete is pressed into the porous components of the lightweight aggregates and remains inside the porous constituents.
  • the light concrete mixture is deprived of the necessary for the flowability of water, which leads to a deterioration processing capability.
  • This becomes particularly clear during transport by pumping since the pressure exerted on the lightweight concrete mixture during pumping of the pressure promotes liquid absorption of the porous lightweight aggregates, so that the flowability of the concrete mixture decreases and the pumping is made more difficult.
  • a transport of liquid lightweight concrete by means of pumps over long distances or heights is therefore not possible or with high technical complexity.
  • a water pretreatment of porous light components also has the disadvantage that the air in the pores is displaced, which partially offset the desired weight reduction. Furthermore, the displacement of the air leads to a deterioration of the thermal insulation properties and sound insulation properties of lightweight concrete.
  • the quality of a hydraulically setting lightweight concrete is essentially determined by the water content of the starting mixture.
  • the aim is therefore to prevent penetration of water into the pores of the lightweight aggregates.
  • a method in which a pretreatment of the porous portions is carried out with a polymer dispersion, whereby the pores are sealed, in order to prevent an entry of the water required for the hydration into the pores.
  • a pore seal with cement paste the lightweight aggregates are first mixed with cement paste and then dried before they are used as a mixture component. Both methods for pore sealing require an additional process step which causes an increased cost and time.
  • the object on which the present invention is based is now to propose a flowable, hydraulically setting building material suspension which can be used as a lightweight material and a simple and cost-effective method for providing a flowable hydraulically setting building material suspension which avoids the disadvantages of the prior art. and the requirements of sustainable properties can be achieved.
  • the object is also to propose a component of a hydraulically setting building material suspension, with the improved properties in terms of load capacity, point load and modulus of elasticity can be achieved.
  • the object is achieved with a method having the features of claim 1, a composition for a hydraulically setting building material suspension according to claim 13 and a component according to claim 22.
  • Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features designated in each of the subordinate claims.
  • the procedure is such that in a first step, a mass fraction of a flour grain composition having a mass fraction of a hydraulic binder and / or latent hydraulic binder of at least 50%, and a dispersant with a mass fraction of the flour grain composition of at least 0.5% by weight with water having a mass fraction of less than 40% are suspended under the action of shearing forces of a mixing tool to a base suspension.
  • the base suspension thus prepared is homogenized in a second step with at least one porous light component to a building material suspension, wherein a mass fraction of the porous lightweight component is adhered to the building material suspension of at least 5%.
  • the building material suspension according to the invention is provided in two steps.
  • the mass fraction of water in the base suspension provided in the first process step is less than 40%, wherein the base suspension in the second step, no water is added.
  • water with a mass fraction of the base suspension in a range of less than 40% to at least 25% can be used in the first step.
  • the base suspension is stirred at a rate of of the Mischtechniksmaschines of at least 5 m / s, preferably at least 10 m / s, more preferably at least 20 m / s suspended.
  • the porous light-weight component with a mass fraction of at least 10%, preferably at least 25%, more preferably at least 50% is used.
  • the mass fraction of the porous lightweight component refers to the total mass of hydraulically setting building material suspension.
  • the quantitative proportion of the porous light component to the total mixture of the building material suspension is preferably determined by a desired minimization of the density of the building material mixture and a correlated strength of the resulting lightweight materials and the flowability required for the processing of the suspension.
  • the absorption capacity of the base suspension for porous minerals can also be increased or decreased by varying the proportions by mass of the dispersant, which can also be referred to as flow agent.
  • the effect of the dispersant on the absorption capacity of the base suspension for porous materials is naturally dependent not only on the quality of the dispersant used but also on the nature and nature of the porous material structure.
  • the amount of the mass fraction of the dispersant in the building material suspension has a decisive influence on the rheology of the ready mixes of the building material suspensions prepared by the process according to the invention.
  • a mass fraction of water in the base suspension of less than 40% is used.
  • the mass fraction of dispersant in the base suspension should be in a range between 1.0% to 2.0%.
  • the mass fraction of the dispersant in the base suspension can be up to 10%, wherein the mass fraction of the water can be only 25%.
  • the light-weight component used can be a multiplicity of porous materials which can be homogenized in the base suspension and preferably do not segregate at least until the base suspension has set.
  • lightweight components are used, which segregate and accumulate on the outer edge of the building material mixture in order to achieve special properties of a component produced therefrom.
  • the porous light-weight component may be selected from a group comprising: pumice, expandable shale, huts pumice, lava stone, pearlite, vermiculite, zeolite, expanded clay, expanded glass and expandable shale. Furthermore, it is also possible to use compositions of pumice, expanded slate, huts, lava stone, perlite, vermiculite, zeolites, expanded clay, expanded glass and expandable slate as the light component. Also conceivable is the use of synthetically produced porous materials as a lightweight component, such as plastics. Furthermore, porous materials can be used which are obtained in connection with waste recycling or waste recycling.
  • the flour grain composition which is understood as meaning particles having a particle size of less than 0.125 mm, consists of a hydraulic binder and / or latent hydraulic binder and at least one other
  • Flour meal component together.
  • limestone powder can be used.
  • hydraulic binder in the flour grain composition cement may preferably be used.
  • Other hydraulic binders such as pozzolans and trass can also be used.
  • Mixture of cement, trass and / or pozzolans is used as a hydraulic binder.
  • At least one latently hydraulic binder such as granulated blastfurnace or fly ash, can also be used in the mass fraction of the flour grain composition. Also conceivable are mixtures of hydraulic
  • Binders and latent hydraulic binders as a component of the flour meal composition Binders and latent hydraulic binders as a component of the flour meal composition.
  • the dispersant used may be a so-called superplaticizer. be set.
  • the dispersant used is polycarbonate ether, naphthalene sulfonate, lignin sulfonate, melamine resin or polycarboxylate or a composition of polycarbonate ether, naphthalene sulfonate, lignin sulfonate, melamine resin and / or polycarboxylate.
  • the dispersant is used with a maximum mass fraction in the base suspension of 10%.
  • the invention provides a method for the production of hydraulically setting lightweight materials, in which the way of producing a concentrated base suspension prevents the water used in the mixtures from penetrating into the porous lightweight component of the building material suspension.
  • the porous light-weight component is not pretreated with water in the invention, so that the resulting building material suspension has no excess water.
  • an anhydrous, but at least dry, porous light-weight component is used in the second method step. If necessary, therefore, a drying step of the light component may be provided.
  • the first process step can therefore also be referred to as activation of the components of the flour meal composition.
  • the activation caused by the movement of the mixing tools and the subsequent or subsequent hydration of the activated surfaces causes an additional stabilization of the combination of the hydration shells with the materials in the base suspension.
  • Characteristic of the hydration envelopes formed by the surface activation of the mineral components (the flour grain composition) is a pronounced water retention capacity of the base suspension. It was surprisingly found that the water retention capacity of the base suspension is greater, the less water is used. However, the mass fraction of water in the base suspension should not fall below 25% in order to ensure adequate flowability of the base suspension or of the building material suspension.
  • a water retention capacity of the base suspension achieved by the action of shear forces in the first process step reduces the diffusion of too large amounts of water into the pores of the light-weight component added to the base suspension in the second process step.
  • the base suspension is provided with a rotating mixing tool.
  • the suspension in the first process step at a rotational speed of the mixing tool of at least 900 revolutions per minute (rpm), preferably at least 1200 U / min, more preferably at least 1600 U / min are performed to those for the activation of the mineral surfaces of Flour grain composition required shear forces to achieve.
  • rpm revolutions per minute
  • the production of lightweight materials with the aid of the base suspension has the advantage that due to the good flowability of the suspension and the resulting high ultimate strengths, a starting material in liquid consistency can be made available that can be processed and used in a variety of ways.
  • the basic suspension in the first step and / or the building material suspension in the second step methylcellulose ethers and / or bentonite can be added as a stabilizer.
  • Methyl cellulose ethers and / or bentonite serve to stabilize the homogenous building material suspension produced and prevent floating of light constituents.
  • the addition of methyl cellulose ether and / or bentonite additionally improves the water retention capacity of the suspensions, so that the pore seal can be further improved.
  • the mass fraction of methyl cellulose ether and / or bentonite should not exceed 0.5% of the total weight of the base suspension, taking into account the increase in viscosity which occurs with the addition and a concomitant delay in the hydraulic setting of the building material suspension.
  • the base suspension and / or the building material suspension can be mixed with color pigments.
  • the base suspension is suspended in the first step until a temperature rise of the base suspension of at least 2 ° C is reached. It has been found that with a temperature increase of at least 2 ° C activation of components of the flour grain composition is achieved.
  • the invention comprises a composition for a hydraulically setting building material suspension, which can be prepared by the process according to the invention.
  • the composition according to the invention for a hydraulically setting building material suspension has a mass proportion of a flour grain composition which has a mass fraction of a hydraulic binder and / or latent hydraulic binder of at least 50%, a dispersant with a mass fraction of at least 0 based on the mass fraction of the flour grain composition , 5% and water containing less than 40% by mass of the base stock, into which at least one porous light-weight component is homogenized, containing at least 5% by weight of the porous light-matter component.
  • the porous light-weight component may be selected from a group comprising: pumice, expandable shale, huts pumice, lava stone, pearlite, vermiculite, zeolites, expanded clay, expanded glass and expandable shale.
  • a lightweight component may also be obtained from waste porous materials or synthetically produced porous materials such as plastics.
  • the porous light-weight component may be present in a proportion by mass of at least 10%, preferably at least 25%, particularly preferably at least 50%.
  • the mass fraction of the porous light component relates to the total mass of the composition.
  • a hydraulic binder cement may be contained as a hydraulic binder cement, pozzolans and / or trass.
  • Slurry sand and / or fly ash may be present as a latent hydraulic binder.
  • a mixture of hydraulic binder and latent hydraulic binder may be included in the flour meal composition.
  • the flour grain composition is at least 50% by mass of one formed hydraulic binder and / or latent hydraulic binder. The remaining mass fraction of the flour grain composition may be formed with limestone flour.
  • the dispersing agent may be polycarbonate ethers, naphthalene sulfonate, lignin sulfonate, melamine resin or polycarboxylate or a composition of polycarbonate ether, naphthalene sulfonate, lignin sulfonate, melamine resin and / or polycarboxylate.
  • the dispersant is included with a mass fraction of the base suspension of not more than 10%.
  • the composition according to the invention may contain methyl cellulose ethers having a mass fraction of at most 0.5%, based on the base suspension, preferably with a mass fraction in a range between 0.1% to 0.2%, based on the base suspension.
  • color pigments can be present in the composition according to the invention in order to be able to produce colored components.
  • the composition according to the invention may have a water-cement value of less than 0.5, preferably less than 0.4, more preferably less than 0.3.
  • the invention comprises a component or component element which is produced with a building material suspension provided by the method according to the invention.
  • the building material suspension according to the invention can be poured or pumped into a hollow mold or formwork.
  • the component has a preferably alkali-resistant glass fiber reinforcement and / or a carbon fiber reinforcement. Reinforcement made of fiberglass or carbon fiber has the advantage that components or component elements can be provided which are much lighter than conventionally produced components.
  • FIG. 1 shows an overview of a mixing example 1 of a composition for a hydraulically setting building material suspension
  • Table 2 an overview of the properties of a hydraulically setting building material suspension prepared with the mixing example 1 by the method according to the invention
  • Table 3 an overview of four further mixing examples 2 to 5 for
  • Table 4 an overview of the properties (compressive strengths and setting flow rates) of hydraulically setting building material suspensions prepared by mixing Examples 2 to 5 according to the method of the invention
  • Porous lightweight composite expanded clay sand SMF 0/4 mm 720 kg 554 dm ; te (dry)
  • a hydraulically setting building material suspension by the process according to the invention, in a first step, the individual components, water, a flour cement composition of cement CEM I 52.5 R and limestone flour, and dispersants for providing Treatment of the base suspension as follows added. First, 230 kg of water and 10 kg of the superplasticizer dispersing agent are introduced into the mixer with a rotating mixing tool.
  • the entire mixture or suspension is suspended after addition of all components until the base suspension has reached a temperature increase of at least 2 ° C. in relation to the temperature of the components before addition to the suspension mixer.
  • the base suspension obtained in the first process step has a density of 1833 kg / m 3 .
  • the proportion of the porous light component which according to the mixing example 1 is expanded clay sand SMF 0/4 mm (grain size up to 4 mm) with a dry weight of 720 kg and a volume of 554 dm 3 , filled in the suspension mixer with the base suspension contained therein and homogenized.
  • the properties of the hydraulically setting building material suspension provided are shown in Table 2 below.
  • the homogenized hydraulically setting building material suspensions have a density of 1560 kg / m 3 .
  • the building material suspension produced in this way has a compressive strength greater than 13 N / mm 2 after 10 hours. After 28 days, the hydraulically set building material suspension reaches a compressive strength of more than 55 N / mm 2 , a modulus of elasticity of more than 18 N / mm 2 and a bending tensile strength of more than 4.0 N / mm 2 .
  • the homogenized building material mixture may finally be added or admixed with methyl cellulose ethers for additional stabilization of the building material mixture.
  • methyl cellulose ether By adding methyl cellulose ether, the surface tension in the building material suspension can be lowered and the water retention capacity can be additionally improved.
  • the hydraulically setting building material suspension prepared according to the embodiment over a period of up to 60 minutes, at Temperatures between 20 to 25 ° C, while maintaining the processing and flowability can be stored, transported and pumped.
  • the base suspension produced according to the invention that the base suspension itself connects with its relatively high binder content with the surface of the proportion of the porous light component and seals in this way the surfaces of the porous material.
  • a Nachdringen of free, so-called rheological water in the cavities of the porous material (the light component) is thus difficult. Consequently, the incorporation of the porous lightweight component, the rheological behavior of the base suspension is insignificantly influenced, so that also mass fractions of more than 50% of absorbent materials as a porous light component in the base suspension can be mixed.
  • the endeavor in the production of a lightweight building material is essentially to anchor as large amounts of light porous materials in the overall mixture and thus to be able to exploit the resulting total positive effects of a lightweight construction material produced by the process according to the invention also optimal.
  • Another advantage of the invention is that a low water content in the base suspension has a low water-cement value of the building material suspension to follow. As a result, an improved early strength of the resulting lightweight concrete can be achieved. In addition, the low water-cement value has a favorable effect on the shrinkage behavior and on the sustainability of the lightweight construction materials produced.
  • the concentration gradient at the interfaces of the porous material and the solidifying base suspension since a diffusion of water fractions into the surface of the absorbent porous material of the lightweight component can not be completely prevented.
  • the concentration of binder such as cement
  • the concentration of binder increases at the surface of the porous material, as opposed to the suspension mass not directly absorbed.
  • the border regions of the binder matrix are stabilized both in the development of early strengths and in the achievement of ultimate strengths and have substantially higher strengths at these areas.
  • the base suspension around the porous materials of the light component forms a solid support framework which contributes to additional stabilization of the grain strengths of the porous materials.
  • Table 3 shows an overview of four further mixing examples 2 to 5 for providing hydraulically setting building material suspensions.
  • a building material suspension according to the invention which due to the low weight of the lightweight component expanded clay, expanded clay and / or perlite can also be referred to as weight-reduced building material suspension
  • the stabilizer used is preferably methylcellulose ether.
  • a clay-containing mineral, preferably bentonite is used as the stabilizer.
  • the rotational speed of the mixing tool should initially be in the range of 600 to 900 rpm during the metering process.
  • the rotational speed of the mixing tool is steadily increased up to 1600 rpm.
  • the speed of movement of a mixing tool can be increased from at least 5 m / s to 20 m / s.
  • the entire mixture of the base suspension provided in this way is after mixing all components while at high speed rotating mixing tool, mainly at rotational speeds of at least 20 m / s mixed until the suspension has reached a caused by the shearing with the mixing tools temperature increase.
  • the temperature increase compared to the temperature of the suspension should reach a temperature increase of at least 2 ° C immediately after completion of all metering operations.
  • the proportion of the porous light component which according to Example 2 is Blähtonsand SMF 0/4 mm (grain size to 4 mm) with a dry weight of 720 kg , filled in the suspension mixer with the base suspension contained therein and homogenized.
  • proportions of 0.05% by weight of methylcellulose ether as stabilizer may finally be added to the homogenized building material mixture-in particular if the building-material mixture has to be pumped over long distances and high altitudes.
  • the proportion of the stabilizer must be adjusted according to the total mixing ratio.
  • Table 4 shows an overview of the properties (compressive strengths and setting flow dimensions) of hydraulically setting building material suspensions prepared by mixing examples 2 to 5 according to the method of the invention.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension und eine Zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende Baustoffsuspension. Die Baustoffsuspension ist vorzugsweise mit leichten porösen Zuschlagstoffen gebildet und eignet sich dadurch als gefügedichter Leichtwerkstoff im konstruktiven Ingenieurbau. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension hergestelltes Bauteil. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension wird so vorgegangen, dass in einem ersten Schritt ein Massenanteil einer Mehlkornzusammensetzung, die einen Massenanteil eines hydraulischen Bindemittels und/oder latent hydraulischen Bindemittels von mindestens 50 % aufweist, und ein Dispergiermittel mit einem auf den Massenanteil der Mehlkornzusammensetzung bezogenen Massenanteil von mindestens 0,5 % mit Wasser mit einem Massenanteil von weniger als 40 % unter Einwirkung von Scherkräften eines Mischwerkzeugs zu einer Basissuspension suspendiert werden. Die so bereitgestellte Basissuspension wird in einem zweiten Schritt mit mindestens einer porösen Leichtstoffkomponente zu einer Baustoffsuspension homogenisiert, wobei ein Massenanteil der porösen Leichtstoffkomponente an der Baustoffsuspension von mindestens 5 % eingehalten wird.

Description

Verfahren zum Herstellen einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension, Zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende Baustoffsuspension und Bauteil hergestellt mit einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension und eine Zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende Baustoffsuspension. Die Baustoffsuspension ist vorzugsweise mit leichten porösen Zuschlagstoffen gebildet und eignet sich dadurch als gefügedichter Leichtwerkstoff im konstruktiven Ingenieurbau. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension hergestelltes Bauteil.
Gefügedichte Leichtbetone sind wegen ihrer vorteilhaften bauphysikalischen Eigenschaften, wie insbesondere dem reduzierten Gewicht und den guten Wärmedämmeigenschaften im konstruktiven Ingenieurbau von großer Bedeutung. Erreicht werden die vorteilhaften Eigenschaften durch die Verwendung von Leichtzuschlagstoffen, wie beispielsweise Blähton, Bims, Vermiculite, Per-
BESTÄTIGUNGSKOPIE lite, Zeolithe oder Schaumglas, die üblicherweise einen hohen porösen Anteil aufweisen. Bei der Herstellung von Leichtbeton, dem Transport von Leichtbeton und bei der weiteren Verarbeitung tritt jedoch das Problem auf, dass das zum hydraulisch Abbinden des Leichtbetons notwendige Wasser in die porö- sen Bestandteile der Leichtzuschlagstoffe gedrückt wird und im Inneren der porösen Bestandteile verbleibt. Dabei wird der Leichtbetonmischung das für die Fließfähigkeit erforderliche Wasser entzogen, was in zu einer Verschlechterung Verarbeitungsfähigkeit führt. Dies wird insbesondere beim Transport durch Pumpen deutlich, da der beim Pumpen auf die Leichtbetonmischung ausgeübte Druck eine Flüssigkeitsaufnahme der porösen Leichtzuschlagstoffe begünstigt, so dass die Fließfähigkeit der Betonmischung abnimmt und das Pumpen erschwert wird. Ein Transport von flüssigem Leichtbeton mittels Pumpen über größere Strecken oder Höhen ist daher nicht oder mit hohem technischen Aufwand möglich.
Da der Transport an den Bestimmungsort üblicherweise durch Pumpen realisiert wird ist es wünschenswert, dass sich die Fließ- und Verarbeitungseigenschaften von Leichtstoffbaumischungen auch nach dem Pumpprozess nicht oder nur unwesentlich verändern.
Diesem Problem wird bislang dadurch entgegnet, dass die porösen Anteile vor der Beimischung zum Bindemittelleim mit Wasser vorbehandelt werden, so dass sich die Poren der porösen Anteile mit Wasser füllen können und demzufolge nach der Beimischung aus dem Bindemittelleim kein Wasser mehr auf- genommen werden kann. Dabei ist jedoch von Nachteil, dass im Gesamtmischverhältnis ein Wasserüberschuss eingesetzt wird, wodurch die Festigkeitsentwicklung und die resultierenden Endfestigkeiten sowie die Nachhaltigkeit der resultierenden Leichtbetone negativ beeinträchtigt werden. Durch den mit einer Wasservorbehandlung verursachten erhöhten Wasseranteil besteht weiterhin eine erhöhte Gefahr des Materialschwundes beim hydraulischen abbinden, wodurch daraus resultierende Spannungen zu Schäden im Leichtbetongefüge führen. Problematisch ist weiterhin, dass das bei der Herstellung für den hydraulischen Abbindeprozess nicht benötigte Wasser als sogenanntes Porenwasser aus den Poren austritt und in den hydraulisch abgebundenen Zementstein diffundiert wodurch Langzeitschäden am Leichtbe- tongefüge verursacht werden.
Eine Wasservorbehandlung von porösen Leichtstoffanteilen hat weiterhin den Nachteil, dass die sich in den Porenräumen befindende Luft verdrängt wird, was die angestrebte Gewichtsreduzierung teilweise aufhebt. Weiterhin führt die Verdrängung der Luft zu einer Verschlechterung der Wärmedämmeigenschaften und Schalldämmungseigenschaften des Leichtbetons.
Es kann daher festgehalten werden, dass die Qualität eines hydraulisch abbin- denden Leichtbetons wesentlich durch den Wassergehalt der Ausgangsmischung bestimmt wird. Ziel ist es daher, ein Eindringen von Wasseranteilen in die Poren der Leichtzuschlagstoffe zu verhindern.
Zur Vermeidung einer Wasseraufnahme durch die porösen Anteile sind weitere Methoden bekannt, die eine Abdichtung respektive Isolierung der porösen Leichtzuschlagstoffe bewirken.
So ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Vorbehandlung der porösen Anteile mit einer Polymerdispersion erfolgt, wobei die Poren abgedichtet werden, um einen Eintritt des für die Hydratisierung benötigten Wassers in die Poren zu verhindern. Weiterhin bekannt ist eine Porenversiegelung mit Zementleim, wobei die Leichtzuschlagstoffe zunächst mit Zementleim gemischt und anschließend getrocknet werden, bevor sie als Mischungsbestandteil eingesetzt werden. Beide Verfahren zur Porenversiegelung erfordern einen zusätzlichen Verfahrensschritt der einen erhöhten Kosten- und Zeitaufwand verursacht.
Weitere Nachteile bekannter Leichtbetonzusammensetzungen und daraus hergestellter Bauteile bestehen in einem überproportional abnehmenden Elastizitätsmodul, geringe Tragfähigkeit, geringe Punktbelastung und Problemen beispielsweise beim Verankern schwerer Elemente.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nunmehr darin, eine fließfähige als Leichtwerkstoff einsetzbare hydraulisch abbindende Baustoffsuspension und einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Bereitstellung einer fließfähigen hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension vor- zuschlagen, mit der die Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden wer- den können und die Anforderungen nachhaltiger Eigenschaften erreicht werden können. Aufgabe ist es weiterhin, ein Bauteil aus einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension vorzuschlagen, mit dem verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Tragfähigkeit, Punktbelastung und Elastizitätsmodul erreicht werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende Baustoffsuspension nach Anspruch 13 und einem Bauteil nach Anspruch 22 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in jeweils untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension wird so vorgegangen, dass in einem ersten Schritt ein Massenanteil einer Mehlkornzusammensetzung, die einen Massenanteil eines hydraulischen Bindemittels und/oder latent hydraulischen Bindemittels von mindestens 50 % aufweist, und ein Dispergiermittel mit einem auf den Massenanteil der Mehlkornzusammensetzung bezogenen Massenanteil von mindestens 0,5 % mit Wasser mit einem Massenanteil von weniger als 40 % unter Einwirkung von Scherkräften eines Mischwerkzeugs zu einer Basissuspension suspendiert werden. Die so bereitgestellte Basissuspension wird in einem zweiten Schritt mit mindestens einer porösen Leichtstoffkomponente zu einer Baustoffsuspension homogenisiert, wobei ein Massenanteil der porösen Leichtstoffkomponente an der Baustoffsuspension von mindestens 5 % eingehalten wird.
Die erfindungsgemäße Baustoffsuspension wird in zwei Schritten bereitgestellt. Dabei beträgt der Massenanteil von Wasser in der im ersten Verfahrensschritt bereitgestellten Basissuspension weniger als 40 %, wobei der Basissuspension im zweiten Schritt kein Wasser hinzugegeben wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im ersten Schritt Wasser mit einem Massenanteil an der Basissuspension in einem Bereich von weniger als 40 % bis mindestens 25 % eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Basissuspension bei einer Bewegungsgeschwin- digkeit des Mischwerkszeugs von mindestens 5 m/s, bevorzugt mindestens 10 m/s, besonders bevorzugt mindestens 20 m/s suspendiert.
Dem Anwendungszweck entsprechend kann es vorgesehen sein, dass im zweiten Verfahrensschritt die poröse Leichtstoffkomponente mit einem Massenanteil von mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 25 %, besonders bevorzugt mindestens 50 % eingesetzt wird. Dabei bezieht sich der Massenanteil der porösen Leichtstoffkomponente auf die Gesamtmasse der hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension.
Der mengenmäßige Anteil der porösen Leichtstoffkomponente an der Gesamtmischung der Baustoffsuspension wird vorzugsweise durch eine angestrebte Minimierung der Dichte der Baustoffmischung und einer damit korrelierenden Festigkeit der resultierenden Leichtwerkstoffe sowie der für die Verarbeitung der Suspension erforderlichen Fließfähigkeit bestimmt.
Neben der Veränderung des Wasser-Feststoffverhältnisses in der Basissuspension lässt sich auch durch Variation von Massenanteilen des Dispergiermittels, das auch als Fließmittel bezeichnet werden kann, die Aufnahmefähigkeit der Basissuspension für poröse Mineralien erhöhen beziehungsweise erniedrigen. Die Wirkung des Dispergiermittels auf die Aufnahmefähigkeit der Basissuspension für poröse Materialien ist naturgemäß neben der Qualität des eingesetzten Dispergiermittels selbst auch von der Art und Beschaffenheit der porösen Materialstruktur abhängig. Die Höhe des Massenanteils des Dispergiermittels in der Baustoffsuspension hat entscheidenden Einfluss auf die Rheologie der Fertigmischungen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Baustoffsuspensionen.
Gemäß einer Ausführungsvariante, bei der Perlit als poröse Leichtstoffkomponente eingesetzt wird, wird ein Massenanteil von Wasser in der Basissuspension kleiner als 40 % eingesetzt. In diesem Fall sollte der Massenanteil von Dispergiermittel in der Basissuspension in einem Bereich zwischen 1,0 % bis 2,0 % liegen. Bei einer weiteren Ausführungsvariante, bei der Blähton beziehungsweise Blähtonsand als Leichtstoffkomponente eingesetzt wird, kann der Massenanteil des Dispergiermittels in der Basissuspension bis zu 10 % betragen, wobei der Massenanteil des Wassers lediglich 25 % betragen kann. Grundsätzlich können als Leichtstoffkomponente eine Vielzahl poröser Materialien eingesetzt werden, die in der Basissuspension homogenisiert werden können und sich dabei zumindest bis zum Abbinden der Basissuspension vorzugsweise nicht entmischen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sol- che Leichtstoffkomponenten eingesetzt werden, die sich entmischen und an dem äußeren Rand der Baustoffmischung ansammeln, um besondere Eigenschaften eines daraus hergestellten Bauteils zu erreichen.
Anwendungsentsprechend kann die poröse Leichtstoffkomponente aus einer Gruppe ausgewählt sein die: Bims, Blähschiefer, Hüttenbims, Lavastein, Perlit, Vermiculite, Zeolithe, Blähton, Blähglas und Blähschiefer umfasst. Weiterhin können auch Zusammensetzungen von Bims, Blähschiefer, Hüttenbims, Lavastein, Perlit, Vermiculite, Zeolithe, Blähton, Blähglas und Blähschiefer als Leichtstoffkomponente eingesetzt werden. Denkbar ist weiterhin der Einsatz von synthetisch hergestellten porösen Materialien als Leichtstoffkomponente, wie beispielsweise Kunststoffe. Weiterhin können auch poröse Materialien eingesetzt werden, die im Zusammenhang mit Abfallverwertung oder beim Abfallrecycling gewonnen werden.
Die Mehlkornzusammensetzung, unter der Partikel mit einer Korngröße kleiner 0,125 mm zu verstehen sind, setzt sich aus einem hydraulischen Bindemit- tel und/oder latent hydraulischen Bindemittel und mindestens einer weiteren
Mehlkornkomponente zusammen. Als weitere Mehlkornkomponente kann beispielsweise Kalksteinmehl eingesetzt werden. Als hydraulisches Bindemittel in der Mehlkornzusammensetzung kann vorzugsweise Zement eingesetzt werden. Andere hydraulische Bindemittel, wie Puzzolane und Trass können ebenfalls eingesetzt werden. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass eine
Mischung aus Zement, Trass und/oder Puzzolane als hydraulisches Bindemittel eingesetzt wird.
Weiterhin kann im Massenanteil der Mehlkornzusammensetzung auch mindestens ein latent hydraulisches Bindemittel, wie Hüttensand oder Flugasche eingesetzt werden. Denkbar sind weiterhin Mischungen aus hydraulischen
Bindemitteln und latent hydraulischen Bindemitteln als Bestandteil der Mehlkornzusammensetzung.
Vorzugsweise kann als Dispergiermittel sogenannter Superplaticizer einge- setzt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass als Dispergiermittel Polycarbonatether, Naphtalinsulfonat, Ligninsulfonat, Melaminharz oder Poly- carboxylat oder eine Zusammensetzung aus Polycarbonatether, Naphtalinsulfonat, Ligninsulfonat, Melaminharz und/oder Polycarboxylat eingesetzt wird. Vorzugsweise wird das Dispergiermittel mit einem maximalen Massenanteil in der Basissuspension von 10 % eingesetzt.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von hydraulisch abbindenden Leichtwerkstoffen bereitgestellt, bei dem über den Weg der Herstellung einer konzentrierten Basissuspension verhindert wird, dass das in den Mischungen eingesetzte Wasser in die poröse Leichtstoffkomponente der Baustoffsuspension eindringt.
Im Gegensatz zur konventionellen Bereitstellung von Leichtbetonmischungen ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren überraschenderweise gelungen, Baustoffmischungen mit geringem Wasseranteil so aufzubereiten, dass das Porenvolumen der porösen Leichtstoffkomponente auch noch nach dem Zumischen in die Basissuspension erhalten bleibt und infolgedessen die darauf aufbauen Eigenschaften der resultierenden Baustoffsuspension, wie geringes Gewicht, verbesserte Wärme- und Schalldämmung, hohe Festigkeiten und geringe Karbonatisierungstiefen erreicht werden.
Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird die poröse Leichtstoffkomponente bei der Erfindung nicht mit Wasser vorbehandelt, so dass die erhaltende Baustoffsuspension keinen Wasserüberschuss aufweist. Vorzugsweise wird im zweiten Verfahrensschritteine eine wasserfreie, zumindest jedoch trockene poröse Leichtstoffkomponente eingesetzt. Falls erforderlich kann daher ein Trocknungsschritt der Leichtstoffkomponente vorgesehen sein.
Es hat sich gezeigt, dass durch den Eintrag von Scherkräften beim Bereitstellen der Basissuspension ein Wasserrückhaltevermögen der Basissuspension beeinflusst wird. Das bedeutet, dass die Basissuspension selbst unter dem Einfluss von Wasser saugenden Materialien in der Leichtstoffkomponente kein Wasser verliert und somit fließfähig bleibt. Durch das Einstellen von Bewegungs- beziehungsweise Umdrehungsgeschwindigkeiten des Mischwerkzeugs oberhalb 5 m/s im ersten Verfahrensschritt werden Scherkräfte wirksam, die eine Spaltung der in der Basissuspension enhaltenen mineralischen Bestandteile bewirken und darüber hinaus auch eine Aktivierung bestehender und sich neu bildender Oberflächen bewirken.
Durch die Aktivierung der mineralischen Oberflächen des Mehlkornanteils werden die ablaufenden Vorgänge bei der Hydratisierung der Mineralien katalysiert. Der erste Verfahrensschritt kann daher auch als Aktivierung der Bestandteile der Mehlkornzusammensetzung bezeichnet werden. Die durch die Bewegung der Mischwerkzeuge verursachte Aktivierung und dabei oder nachfolgende Hydratisierung der aktivierten Oberflächen bewirkt eine zusätzliche Stabilisierung des Verbundes der Hydrathüllen mit den Materialien in der Basissuspension. Kennzeichnend für die durch die Oberflächenaktivierung der mineralischen Anteile (der Mehlkornzusammensetzung) gebildeten Hydrathüllen ist ein ausgeprägtes Wasserrückhaltevermögen der Basissuspension. Dabei konnte überraschenderweise festgestellt werden, dass das Wasserrückhaltevermögen der Basissuspension umso größer ist, desto weniger Wasser eingesetzt wird. Der Massenanteil von Wasser in der Basissuspension sollte jedoch 25 % nicht unterschreiten, um eine ausreichende Fließfähigkeit der Basissuspension beziehungsweise der Baustoffsuspension zu gewährleisten.
Ein durch das Einwirken von Scherkräften im ersten Verfahrensschritt erreichtes Wasserrückhaltevermögen der Basissuspension verringert das Diffundieren von zu großen Wasseranteilen in die Poren der im zweiten Verfahrensschritt zu der Basissuspension hinzugegebenen Leichtstoffkomponente.
Vorzugsweise wird die Basissuspension mit einem rotierenden Mischwerkzeug bereitgestellt. Dabei kann das Suspendieren im ersten Verfahrensschritt bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Mischwerkzeugs von mindestens 900 Umdrehungen pro Minute (U/min), vorzugweise mindestens 1200 U/min, besonders bevorzugt mindestens 1600 U/min durchgeführt werden, um die für die Aktivierung der mineralischen Oberflächen der Mehlkornzusammensetzung erforderlichen Scherkräfte zu erreichen. Die Herstellung von Leichtwerkstoffen mit Hilfe der Basissuspension hat den Vorteil, dass auf Grund der guten Fließfähigkeit der Suspension und der resultierenden hohen Endfestigkeiten ein Ausgangsmaterial in flüssiger Konsistenz zur Verfügung gestellt werden kann, dass auf vielfältige Art und Weise verarbeitet und eingesetzt werden kann.
Nachteile von nach dem Stand der Technik bekannten hydraulisch abbindenden Leichtbetonen, wie die zeitnahe Veränderung der Verarbeitungsfähigkeit, der nachträgliche Austritt von Porenwasser in die Baustoffmatrix, ein zu großes Schwindvermögen und eine geringe Nachhaltigkeit der hergestellten Leichtwerkstoffe können mit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension verringert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahren kann der Basissuspension im ersten Schritt und/oder der Baustoffsuspension im zweiten Schritt Methylcelluloseether und/oder Bentonit als Stabilisierer zugemischt werden.
Methylcelluloseether und/oder Bentonit dienen zur Stabilisierung der hergestellten homogenen Baustoffsuspension und verhindern ein Aufschwimmen von leichten Bestandteilen. Darüber hinaus verbessert sich durch die Zugabe von Methylcelluloseether und/oder Bentonit zusätzlich das Wasserrückhaltevermögen der Suspensionen, so dass die Porenabdichtung weiter verbessert werden kann.
Der Massenanteil von Methylcelluloseether und/oder Bentonit sollte unter Beachtung der mit der Zugabe eintretenden Viskositätserhöhung und einer einhergehenden Verzögerung des hydraulischen Abbindens der Baustoffsuspension nicht über 0,5 % zum Gesamtgewicht der Basissuspension betragen. Vorteilhaft sind Massenanteile von Methylcelluloseether und/oder Bentonit in einem Bereich zwischen 0,1 % bis 0,2 % an der Gesamtmischung der Basissuspension.
Zum bereitstellen einer farbigen Baustoffsuspension können der Basissuspension und/oder der Baustoffsuspension Farbpigmente zugemischt werden. Vorzugsweise wird die Basissuspension im ersten Schritt so lang suspendiert, bis ein Temperaturanstieg der Basissuspension von mindestens 2 °C erreicht ist. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Temperaturanstieg von mindestens 2 °C eine Aktivierung von Bestandteilen der Mehlkornzusammensetzung erreicht wird.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende Baustoffsuspension, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende Baustoffsuspension weist eine mit einem Massenan- teil einer Mehlkornzusammensetzung, die einen Massenanteil eines hydraulischen Bindemittels und/oder latent hydraulischen Bindemittels von mindestens 50 % aufweist, einem Dispergiermittel mit einem auf den Massenanteil der Mehlkornzusammensetzung bezogenen Massenanteil von mindestens 0,5 % und Wasser mit einem Massenanteil von weniger als 40 % bereitgestellte Basissuspension auf, in die mindestens eine poröse Leichtstoffkomponente homogenisiert ist, wobei ein Massenanteil der porösen Leichtstoffkomponente von mindestens 5 % enthalten ist.
Die poröse Leichtstoffkomponente kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die: Bims, Blähschiefer, Hüttenbims, Lavastein, Perlit, Vermiculite, Zeolithe, Blähton, Blähglas und Blähschiefer umfasst. Als Leichtstoffkomponente können jedoch auch aus Abfall gewonnene poröse Materialen oder synthetisch hergestellte poröse Materialen, wie beispielsweise Kunststoffe enthalten sein.
Anwendungsentsprechend kann die poröse Leichtstoffkomponente mit einem Massenanteil von mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 25 %, besonders bevorzugt mindestens 50 % enthalten sein. Dabei bezieht sich der Massenanteil der porösen Leichtstoffkomponente auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann als hydraulisches Bindemittel Zement, Puzzolane und/oder Trass enthalten sein. Als latent hydraulisches Bindemittel kann Hüttensand und/oder Flugasche enthalten sein. Weiterhin kann auch eine Mischung aus hydraulischem Bindemittel und latent hydraulischem Bindemittel in der Mehlkornzusammensetzung enthalten sein. Die Mehlkornzusammensetzung ist mit einem Massenanteil von mindestens 50 % aus einem hydraulischen Bindemittel und/oder latent hydraulischem Bindemittel gebildet. Der übrige Massenanteil der Mehlkornzusammensetzung kann mit Kalksteinmehl gebildet sein.
Als Dispergiermittel ist vorzugsweise Superplaticizer enthalten. Weiterhin kann als Dispergiermittel Polycarbonatether, Naphtalinsulfonat, Ligninsulfo- nat, Melaminharz oder Polycarboxylat oder eine Zusammensetzung aus Polycarbonatether, Naphtalinsulfonat, Ligninsulfonat, Melaminharz und/oder Polycarboxylat enthalten sein. Vorzugsweise ist das Dispergiermittel mit einem Massenanteil an der Basissuspension von maximal 10 % enthalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung Methylcelluloseether mit einem Massenanteil von maximal 0,5 % bezogen auf die Basissuspension, vorzugsweise mit einem Massenanteil in einem Bereich zwischen 0,1 % bis 0,2 % bezogen auf die Basissuspension enthalten.
Weiterhin können in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung Farbpigmente enthalten sein, um farbige Bauteile herstellen zu können.
Anwendungsentsprechend kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen Wasser-Zementwert kleiner als 0,5, vorzugsweise kleiner als 0,4, besonders bevorzugt kleiner als 0,3 aufweisen.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bauteil oder Bauteilelement, das mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellten Baustoffsuspension hergestellt ist. Zum Herstellen von Bauteilen oder Bauteilelementen kann die erfindungsgemäße Baustoffsuspension in eine Hohlform oder Schalung gegossen oder gepumpt werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Bauteil eine vorzugsweise alkaliresistente Glasfaser-Bewehrung und/oder eine Kohlefaser-Bewehrung aufweist. Eine Bewehrung aus Glasfaser oder Kohlefaser hat den Vorteil, dass Bauteile oder Bauteilelemente bereitgestellt werden können, die gegenüber konventionell hergestellten Bauteilen wesentlich leichter sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Tabelle 1: eine Übersicht eines Mischungsbeispiels 1 einer Zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende Baustoffsuspension
Tabelle 2: eine Übersicht der Eigenschaften einer mit dem Mischungsbeispiel 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension
Tabelle 3: eine Übersicht über vier weitere Mischungsbeispiele 2 bis 5 zur
Bereitstellung hydraulisch abbindender Baustoffsuspensionen
Tabelle 4: eine Übersicht der Eigenschaften (Druckfestigkeiten und Setzfließmaße) von mit den Mischungsbeispielen 2 bis 5 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hydraulisch abbindenden Baustoffsuspensionen
Tabelle 1
Mischungsbeispiel 1:
Mehlzusammensetzung Zement CEM I 52,5 R 450 kg = 150 dm;
Kalksteinmehl 150 kg = 56 dm;
Wasser Wasser 230 kg = 230 dm-
Dispergiermittel Superplaticizer 10 kg = 10 dm; Basissuspension 840 kg = 446 dm-
Dichte der Basissuspension 1833 kg / m3
Poröse Leichtstoffkomponen- Blähtonsand SMF 0/4 mm 720 kg = 554 dm; te (Trocken)
Bei der Herstellung einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden gemäß einem Ausführungsbeispiel entsprechend des Mischungsbeispiels 1 in einem ersten Schritt zunächst die einzelnen Komponenten, Wasser, eine Mehlkornzusammensetzung aus Zement CEM I 52,5 R und Kalksteinmehl, und Dispergiermittel zur Bereitstel- lung der Basissuspension wie Folgt zugegeben. Als erstes werden 230 kg Wasser und 10 kg des Dispergiermittels Superplasticizer bei rotierendem Mischwerkzeug in den Mischer eingefüllt.
Anschließend wird 450 kg Zement CEM I 52,5 R als hydraulisches Bindemittel sowie 150 kg Kalksteinmehl hinzudosiert. Alle Zugaben erfolgen bei laufenden Mischvorgang, das heißt bei rotierendem Mischwerkzeug. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Mischwerkzeugs wird während des Suspensionsvorganges stetig bis auf 1600 U/min erhöht. Alternativ kann die Bewegungsgeschwindigkeit eines Mischwerkzeugs von mindestens 5 m/s auf 20 m/s erhöht werden.
Die gesamte Mischung beziehungsweise Suspension wird nach Zugabe aller Komponenten suspendiert, bis die Basissuspension gegenüber der Temperatur der Komponenten vor der Zugabe in den Suspensionsmischer einen Temperaturanstieg von mindestens 2°C erreicht hat.
Die im ersten Verfahrensschritt erhaltene Basissuspension weist eine Dichte von 1833 kg / m3 auf.
Anschließend wird bei langsam drehenden Mischwerkzeug, das heißt bei Umdrehungsgeschwindigkeiten unterhalb von 300 U/min, der Anteil der porösen Leichtstoffkomponente, wobei es sich gemäß dem Mischungsbeispiel 1 um Blähtonsand SMF 0/4 mm (Körnung bis 4 mm) mit einem Trockengewicht von 720 kg und einem Volumen von 554 dm3 handelt, in den Suspensionsmischer mit der darin enthaltenen Basissuspension gefüllt und homogenisiert. Die Eigenschaften der dabei bereitgestellten hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension sind in der nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2:
Eigenschaften Baustoffsuspension
Dichte homogenisierte Baustoffsuspension 1560 kg / m3
Wasser - Mehlkornverhältnis 0,383
Druckfestigkeit nach 10 Stunden > 13 N/mm2
Druckfestigkeit nach 28 Tagen > 55 N/mm2 E-Modul nach 28 Tagen > 18 N/mm2
Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen > 4,0 N/mm2
Wie der Tabelle 2 zu entnehmen ist, weist die homogenisierte hydraulisch abbindende Baustoffsuspensipn eine Dichte von 1560 kg / m3 auf. Die so hergestellte Baustoffsuspension weist nach 10 Stunden eine Druckfestigkeit größer als 13 N/mm2 auf. Nach 28 Tagen erreicht die hydraulisch abgebundene Baustoffsuspension eine Druckfestigkeit von mehr 55 N/mm2, ein Elastizitätsmodul von mehr als 18 N/mm2 und eine Biegezugfestigkeit von mehr als 4,0 N/mm2.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsführungsvariante kann der homogenisierten Baustoffmischung abschließend noch Methylcelluloseether zur zusätzlichen Stabilisierung der Baustoffmischung zugegeben beziehungsweise beigemischt werden. Durch die Zugabe von Methylcelluloseether kann die Oberflächenspannung in der Baustoffsuspension erniedrigt und das Wasserrückhaltevermögen zusätzlich verbessert werden.
Da sich die Porenräume der porösen Leichtstoffkomponente auf Grund der Dichtwirkung der konzentrierten Basissuspension nicht oder nur im geringem Umfang mit Anteilen von Wasser füllen können, ist es möglich, dass die nach dem Ausführungsbeispiel hergestellte hydraulisch abbindende Baustoffsuspension über einen Zeitraum von bis zu 60 Minuten, bei Temperaturen zwischen 20 bis 25 °C, unter Beibehaltung der Verarbeitungs- und Fließfähigkeit gelagert, transportiert und gepumpt werden kann.
Vorteilhafterweise wird durch die erfindungsgemäß hergestellte Basissuspension erreicht, dass sich die Basissuspension selbst mit ihrem verhältnismäßig hohen Bindemittelanteil mit der Oberfläche des Anteils der porösen Leichtstoffkomponente verbindet und auf diese Weise die Oberflächen des porösen Materials abdichtet. Ein Nachdringen von freiem, sogenannten rheologischem Wasser in die Hohlräume des porösen Materials (der Leichtstoffkomponente) ist somit erschwert. Folglich wird durch die Beimischung der porösen Leichtstoffkomponente das rheologische Verhalten der Basissuspension unwesentlich beeinflusst, so dass auch Massenanteile von mehr als 50 % von absorbierenden Materialien als poröse Leichtstoffkomponente in die Basissuspension eingemischt werden können.
Das Bestreben bei der Herstellung eines Leichtbaustoffes besteht im Wesentlichem darin, möglichst große Mengen an leichten porösen Materialien im Gesamtgemisch zu verankern und somit die dadurch insgesamt wirkenden positiven Effekte eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Leichtbaustoffs auch optimal ausnutzen zu können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein niedriger Wasseranteil in der Basissuspension einen niedrigen Wasser-Zementwert der Baustoffsuspension zur folge hat. Dadurch kann eine verbesserte Frühfestigkeit der resultierenden Leichtbetone erreicht werden. Zudem wirkt sich der niedrige Wasser-Zementwert günstig auf das Schwindverhalten und auf die Nachhaltigkeit der hergestellten Leichtbaustoffe aus.
Nach Fertigstellung der Baustoffsuspension aus Basissuspension und der porösen Leichtstoffkomponente bildet sich an den Grenzflächen des porösen Materials und der sich verfestigenden Basissuspension ein Konzentrationsgefälle, da ein Diffundieren von Wasseranteilen in die Oberfläche des saugenden porösen Materials der Leichtstoffkomponente nicht vollständig verhindert werden kann. In der Folge erhöht sich an der Oberfläche des porösen Materials - im Gegensatz zur nicht direkt absorbierten Suspensionsmasse - die Konzentration an Bindemittel, wie beispielsweise Zement. Unmittelbar in der Nähe der porösen Oberfläche ergibt sich damit ein wesentlich niedrigerer wirksamer Wasser-Zementwert. Im Ergebnis werden die Grenzbereiche der Bindemittelmatrix sowohl in der Entwicklung der Frühfestigkeiten als auch im Erreichen der Endfestigkeiten stabilisiert und weisen an diesen Bereichen wesentlich höhere Festigkeiten auf. Somit bildet die Basissuspension um die porösen Materialien der Leichtstoffkomponente ein festes Stützgerüst aus, das für eine zusätzliche Stabilisierung der Kornfestigkeiten der porösen Materialien beiträgt.
Tabelle 3
Mischungsbeispiel 2 3 4 5
Zement 450 kg 500 kg 400 kg 400 kg
Kalksteinmehl 150 kg 350 kg - -
Hüttensand - - 350 kg - Flugasche - - - 300 kg
Wasser 230 kg 350 kg 300 kg 270 kg
Dispergiermit- 5 kg 6 kg 7 kg 5 kg tel/Dispergiermitte
1
Stabilisierer 0,2 kg 0,3 kg 0,2 kg 0,3 kg
Blähton 4/8 - - - 250 kg
Blähtonsand 0/4 720 kg - - 500 kg
Perlite - 300 kg 350 kg -
Dichte 1650 kg/m3 1520 kg/m3 1400 kg/m3 1520 kg/m3
Die Tabelle 3 zeigt eine Übersicht über vier weitere Mischungsbeispiele 2 bis 5 zur Bereitstellung hydraulisch abbindender Baustoffsuspensionen.
Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Baustoffsuspension, die wegen des geringen Gewichts der Leichtstoffkomponente Blähton, Blähtonsand und/oder Perlite auch als gewichtsreduzierte Baustoffsuspension bezeichnet werden kann, werden gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst die einzelnen Komponenten, Wasser, Dispergiermittel und danach die Anteile der Mehlkornzusammensetzung Zement, Kalksteinmehl, Hüttensand und/oder Flugasche zur Bereitstellung der Basissuspension zugegeben. Als Stabilisierer wird vorzugsweise Methylcellulo- seether eingesetzt. Alternativ kann es vorteilhaft sein, dass als Stabilisierer ein tonhaltiges Mineral, vorzugsweise Bentonit eingesetzt wird.
Gemäß dem Mischungsbeispiel 2 der vorgenannten Tabelle 3 werden als erstes 230 kg Wasser und 5,0 kg Dispergiermittel, wobei es sich um das Dispergiermittel Superplasticizer (Polycarbonatether) handelt, bei rotierendem Mischwerkzeug in den Mischer eingefüllt.
Anschließend werden 450 kg Zement als hydraulisches Bindemittel als Bestandteil der Mehlkornzusammensetzung sowie 150 kg Kalksteinmehl hinzudosiert. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Mischwerkzeugs sollte während des Dosiervorganges zunächst im Bereich von 600 bis 900 U/min betragen.
Nach Beendigung der Dosierung der Mehlkornbestandteile wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Mischwerkzeugs stetig bis auf 1600 U/min erhöht. Alternativ kann die Bewegungsgeschwindigkeit eines Mischwerkzeugs von mindestens 5 m/s auf 20 m/s erhöht werden.
Die auf diese Weise bereitgestellte gesamte Mischung der Basissuspension wird nach Zugabe aller Komponenten solange bei hochtourig drehendem Mischwerkzeug, vorwiegend bei Umdrehungsgeschwindigkeiten von mindestens 20 m/s nachgemischt, bis die Suspension eine durch die Scherung mit den Mischwerkzeugen verursachte Temperaturerhöhung erreicht hat. Vorzugsweise sollte die Temperaturerhöhung im Vergleich zur Temperatur der Suspension unmittelbar nach Beendigung sämtlicher Dosiervorgänge einen Temperaturanstieg von mindestens 2°C erreichen.
Anschließend wird bei langsamer drehenden Mischwerkzeug, das heißt bei Umdrehungsgeschwindigkeiten unterhalb von 400 U/min, der Anteil der porösen Leichtstoffkomponente, wobei es sich gemäß Mischungsbeispiel 2 um Blähtonsand SMF 0/4 mm (Körnung bis 4 mm) mit einem Trockengewicht von 720 kg handelt, in den Suspensionsmischer mit der darin enthaltenen Basissuspension gefüllt und homogenisiert.
Weiterhin können der homogenisierten Baustoffmischung - insbesondere wenn die Baustoffmischung über weite Strecken und große Höhen gepumpt werden muss - im Fall des Mischungsbeispiels 2 abschließend noch Anteile von 0,05 Gew.- % Methylcelluloseether als Stabilisierer, bezogen auf das Gewicht der Baustoffsuspension, zugegeben werden. Der Anteil des Stabilisier- sers ist entsprechend dem Gesamtmischungsverhältnis anzupassen.
Tabelle 4
Mischungsbeispiel 2 3 4 5
Druckfestigkeiten
nach
10 Stunden 15,5 N/mm2 12,3 N/mm2 9,8 N/mm2 16,6 N/mm2
24 Stunden 26,5 N/mm2 18,7 N/mm2 17,4 N/mm2 27,2 N/mm2
28 Tage 46,3 N/mm2 41,5 N/mm2 48,2 N/mm2 51,4 N/mm2
E-Modul 22000 18200 18600 22500
N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2
Biegezugfestigkeit 4,5 N/mm2 4,8 N/mm2 4,8 N/mm2 3,8 N/mm2
Setzfließmaß nach
5 Minuten > 100 cm > 100 cm > 100 cm > 100 cm
30 Minuten > 100 cm > 100 cm > 100 cm 89 cm
60 Minuten 85 cm 93 cm > 100 cm 76 cm
Tabelle 4 zeigt eine Übersicht der Eigenschaften (Druckfestigkeiten und Setzfließmaße) von mit den Mischungsbeispielen 2 bis 5 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hydraulisch abbindenden Baustoffsuspensio- nen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen einer hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension, bei dem in einem ersten Schritt ein Massenanteil einer Mehlkornzusammensetzung, die einen Massenanteil eines hydraulischen Bindemittels und/oder latent hydraulischen Bindemittels von mindestens 50 % aufweist, und ein Dispergiermittel mit einem auf den Massenanteil der Mehlkornzusammensetzung bezogenen Massenanteil von mindestens 0,5 % mit Wasser mit einem Massenanteil von weniger als 40 % unter Einwirkung von Scherkräften eines Mischwerkzeugs zu einer Basissuspension suspendiert werden, und die bereitgestellte Basissuspension in einem zweiten Schritt mit mindestens einer porösen Leichtstoffkomponente zu einer Baustoffsuspension homogenisiert wird, wobei ein Massenanteil der porösen Leichtstoffkomponente an der Baustoffsuspension von mindestens 5 % eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt Wasser mit einem Massenanteil in einem Bereich von weniger als 40 % bis mindestens 25 % eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basissuspension bei einer Bewegungsgeschwindigkeit des Mischwerks- zeugs von mindestens 5 m/s, bevorzugt mindestens 10 m/s, besonders bevorzugt mindestens 20 m/s suspendiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Leichtstoffkomponente mit einem Massenanteil von mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 25 %, besonders bevorzugt mindestens 50 % eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Leichtstoffkomponente ausgewählt ist aus einer Gruppe die: Bims, Blähschiefer, Hüttenbims, Lavastein, Perlit, Vermiculite, Zeolithe, Blähton, Blähglas und Blähschiefer umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehlkornzusammensetzung einen mittleren Korndurchmesser von kleiner 0,125 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulisches Bindemittel der Mehlkornzusammensetzung Zement, Puzzolane und/oder Trass eingesetzt wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als latent hydraulisches Bindemittel im Mehlkornanteil Hüttensand und/oder Flugasche eingesetzt wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Basissuspension Methylcelluloseether und/oder Bentonit mit einem Massenanteil von weniger als 0,5 %, vorzugsweise mit einem Massenanteil in einem Bereich zwischen 0,1 % bis 0,2 % zugemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basissuspension im ersten Schritt so lange suspendiert wird, bis ein Temperaturanstieg der Basissuspension von mindestens 2 °C erreicht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Dispergiermittel Polycarbonatether, Naphtalinsulfonat, Ligninsulfonat, Melaminharz oder Polycarboxylat oder eine Zusammensetzung aus Polycarbonatether, Naphtalinsulfonat, Ligninsulfonat, Melaminharz und/oder Polycarboxylat eingesetzt wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoffsuspension Farbpigmente beigemischt werden.
Zusammensetzung für eine hydraulisch abbindende Baustoffsuspension, aufweisend eine mit einem Massenanteil einer Mehlkornzusammensetzung, die einen Massenanteil eines hydraulischen Bindemittels und/oder latent hydraulischen Bindemittels von mindestens 50 % aufweist, einem Dispergiermittel mit einem auf den Massenanteil der Mehlkornzusammensetzung bezogenen Massenanteil von mindestens 0,5 % und Wasser mit einem Massenanteil von weniger als 40 % bereitgestellte Basissuspension, in die mindestens eine poröse Leichtstoffkomponente homogenisiert ist, wobei ein Massenanteil der porösen Leichtstoffkomponente bezogen auf die Gesamtzusammensetzung von mindestens 5 % enthalten ist.
Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Leichtstoffkomponente ausgewählt ist aus einer Gruppe die: Bims, Blähschiefer, Hüttenbims, Lavastein, Perlit, Vermiculite, Zeolithe, Blähton, Blähglas und Blähschiefer umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulisches Bindemittel Zement, Puzzolane und/oder Trass enthalten ist/sind.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als latent hydraulisches Bindemittel Hüttensand und/oder Flugasche enthalten ist/sind.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Leichtstoffkomponente mit einem Massenanteil von mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 25 %, besonders bevorzugt mindestens 50 % enthalten ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispergiermittel Polycarbonatether, Naphtalin- sulfonat, Ligninsulfonat, Melaminharz oder Polycarboxylat oder eine Zusammensetzung aus Polycarbonatether, Naphtalinsulfonat, Ligninsulfonat, Melaminharz und/oder Polycarboxylat ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Basissuspension Methylcelluloseether und/oder Bentonit mit einem Massenanteil von weniger als 0,5 %, vorzugsweise mit einem Massenanteil in einem Bereich zwischen 0,1 % bis 0,2 % enthalten ist.
20. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Farbpigmente enthalten sind.
21. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Baustoffsuspension einen Wasser-Zementwert kleiner als 0,5, vorzugsweise kleiner als 0,4, besonders bevorzugt kleiner als 0,3 aufweist.
22. Bauteil, hergestellt mit einer nach den Ansprüchen 1 bis 12 bereitgestellten hydraulisch abbindenden Baustoffsuspension.
23. Bauteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Glasfaser-Bewehrung und/oder eine Kohlefaser-Bewehrung aufweist.
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