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Verfahren zur Herstellung poröser Beichtbaustoffe Die Erfindung bezieht
sich auf die Herstellung poröser Leicht baustoffe aus hydraulisch abbindenden Stoffen,
wie Zement, gebranntem Gips und Anhydrit und insbesondere die Mitverwendung von
Zuschlagstoffen, die bei herabgesatzter Kompressibilität der Mischung die Bildung
offener Poren begünstigen und im hinreichenden Umfang sicherstellen.
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Poröse Beichtbaustoffe sind bereits in vielen Arten bekannt. Sie werden
entweder durch Einführung von Gasblasen oder durch Beimischung von expandierbaren
bzw. expandierten Stoffen, wie vorgeschäumten Polystyrolperlen, Blähton, Vermiculit
oder dergleichen in eine hydraulische Bindemittel enthaltende Masse herge--sellt.
Die bereits bekannten Herstellverfahren haben jedoch verschiedene Nachteile. So
bereitet die Einführung von Gasblasen insofern Schwierigkeiten, als das Herstellen
einer Mischung mit dfiniert em Hohlraumvolumenanteil, und dessen Konstanthaitung
über alle Verarbeitungsgänge hinweg nicht immer allen hohen Anforderungen entsprechend
gelingt, weil die Gasblasen - wie auch andere Zuschläge mit sehr niedrigem spezifischem
Gewicht, insbesondere auch Schaumstoffperlen - dazu neigen, in der Mischung nach
oben zu steigen. Hierbei entstehen Baustoffe mit sehr ungleichmäßiger Porenverteilung.
- Ein weiterer Nachteil bekannter Mischungen ist ihre Kompressibilität im nicht
abgebundenen Zustand, die besonders beim Herstellen gepreßter Formlinge oder beim
Einstampfen in eine Form'stört. - Es ist auch kaum möglich, nach bisher bekannten
Verfahren Baustoffe mit offenen Poren herzustellen, die z.B. für eine gute Absorption
von Raumschall oder als Filterwerkstoff für schwebstoffhaltige Gase und Flüssigkeiten
gefordert werden. Ferner bringen offene Poren auch allgemein dort Vorteile, wo eine
höhere Gasdurchldssigkeit erwünscht ist.
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Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, -Leichtbaustoffe
mit
herabgesetzter Kompressibilität und gleichmäßig verteilten offenen Poren herzustellen,
deren Hohlraumvolumen bis zum vollständigen Abbinden von Formkörpern über die geometrischen
Abmessungen hinweg konstant bleibt, - Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß den die hydraulischen Bindemittel enthaltenden feuchten Mischungen im wesentlichen
aus Wasser bestehende Festkörper im Ansatz beigegeben werden. - Praktisch bringt
man also entweder Schnee und/oder feinstückiges Eis oder aber gelartige, überwiegend
aus Wasser bestehende Körper in die feuchte Mischung ein. Der Mischungsansatz ist
so auszuführen, daß die durch Zugabe von Eis und/oder von wäßrigen Gelkörpern vorgebilieten
Strukturen in der nachfolgend verarbeiteten Mischung noch so lange erhalten bleiben,
bis die hydraulisch abbindenden Bestandteile im Verlauf ihrer Reaktion mit Wasser
ein starkes Gerüst gebildet haben. Die beim vollständigen Schmelzen desstückigen
Eises bzw. beim nachfolgenden Verdunsten des Wassers entstehenden Hohlräume bleiben
dann als solche erhalten und man erhält nach weitgehender Austrocknung einen porösen
Körper von relativ niedrigem Raumgewicht.
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Als hydraulische Bindemittel eignen sich zunächst die bekannten Zementsorten
wie Portland -, Eisenportland- und Hochofenzement, aber auch solche Zemente, die
keinen Gips oder weniger als üblich enthalten und daher schneller erstarren. Gute
Baustoffe mit den verbesserten Eigenschaften ergeben ferner gebrannter Gips, Estrichgips,
Anhydrit, hydraulischer Kalk, sowie auch Mischungen dieser Bindemittel untereinander,
wobei besonders gebrannter Gips und Mischungen desselben mit Zement und/oder Anhydrit
wegen ihres raschen Erstarrens auch bei Temperaturen um OOC technische Vorteile
bringen.
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Aus dem Variationsbereich der Mischung der Ausgangsstoffe mit den
Zusätzen ergeben sich unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Zugabe von Eis oder Schnee setzt - besonders bei der Herstellung von relativ
kleinen bzw.
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dünnen Formteilen - Außentemperaturen voraus, die nicht zu weit vom
Gefrierpunkt des Wassers abweichen. Höhere Temperaturen erfordern demzufolge wärmeisolierende
Schalungen. Bei ausschließlicher
Verwendung der gebräuchlichen
Zementsorten als hydraulische>Bindemittel ist meist die Zugabe eines geeigneten
Beschleunigers nötig, da sonst die Abbindungsreaktion bei 0°C nur sehr träge verläuft.
Bei Zugabe von Beschleunigern in größeren Mengen ist zu beachten, daß jene meist
wasserlöslichen Substanzen den Gefrierpunkt des Wassers erniedrigen und daher das
zugesetzte Eis teilweise zu früh zum Schmelzen bringen. - Eine hinreichend schnelle
Verfestigung der Mischung -läßt sich jedoch erzielen, wenn man den Zement zum Teil,
beispielsweise zu' 25 Gewichtsprozent, durch gebrannten Gips ersetzt. Es empfiehlt
sich für diese erste Ausführungsart des Verfahrens ganz allgemein die Mitverwendung
von gebranntem Gips als Bindemittel Besonders dort, wo Eis oder Schnee leicht zu
beschaffen oder zu erzeugen sind, wie etwa in arktischen. Breiten oder während des
Winters in gemäßigten Klimazonen, bringt diese Ausführungsart des Verfahrens große
Vorteile, allein schon wegen der die Wirtschaftlichkeit bestimmenden Transportkosten,
da dort auch die bisher üblichen eichtzuschläge erst herbeigeschafft werden müssen.
Die Errichtung von Anlagen zur Erzeugung von Leichtzuschlägen am Ort in arotischen
Breiten ist wegen der allgemein niedrigen. Bevölkerungsdichte ebenfalls unrentabel.
Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren auch unter den Verhältnissen weit
abgelegener Polargebiete wirtschaftlich ausführbar.
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Hat die in die Form gebrachte, Eis oder Schnee enthaltende feuchte
Mischung durch fortschreitendes Abbinden des Bindemittels eine ausreichende Formbeständigkeit
erreicht, so kann die Schalung entfernt werden. Den entstandenen Körper läßt man
entweder an der Lüft trocknen oder erwärmt ihn, um ein Schmelzen des noch enthaltenen
Eises und eine beschleunigte Erhärtung und Austrocknung des entstandenen porösen
Materials zu erreichen.
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Die Erwärmung kann mit Heißluft oder Dampf erfolgen, gegebenenfalls
im Autoklaven. Auch ist es möglich, das beim Auftauen des Eises entstehende Wasser'durch
Absaugen teilweise zu entfernen, um die Trocknung zu beschleunigen.
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Für eine andere Ausführungsform des Verfahrens verwendet man anstelle
von Eis bzw., Schnee als, Por;enbildner wäßrige Gele, in
denen der
Wasseranteil hinreichend hoch sein soll. Der Wasseranteil ist so zu wählen, daß
die Gelkörper beim Mischen mit den übrigen Bestandteilen der Mischung nicht zerrieben
werden, sondern neben dem eigentlichen Anmachwasser zunächst weitgehend als separate
Phase erhalten bleiben. - Als solche Zuschläge kommen beispielsweise kolloidale
Kieselsäuregele in Betracht, die man durch Versetzen von Wasserglas mib Säuren erhalten
kann, ferner auch gequollene natürliche, chemisch modifizierte oder synthetische
Hochpolymere. Diese Ausführung des Verfahrens ist von den thermischen Einflüssen,
wie z.B. der Temperatur der Mischung während des Erstarrens, der Reaktions- und
Schmelzwärme, den Wärmeübergangszahlen usw. gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführung
wesentlich unabhängiger. Sie ist daher bevorzugt für weniger rasch erstarrende hydraulische
Bindemittel geeignet und auch bei ausschließlicher Verwendung von Zement als Bindemittel
ohne weiteres anwendbar. - Will man den Erhärtungsprozeß durch Erwärmen beschleunigen,
so kann die Zuführung von Wärme sofort im Anschluß an die Einbringung der feuchten
Mischung in die entsprechende Form einsetzen. Andererseits ist herbei eine Beschleunigung
der Trocknung der Formkörper durch Absaugen von Wasser kaum durchführbar.
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Porengröße und Porengrößenverteilung der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Leichtbaustoffe lassen sich durch entsprechende Wahl des
Zerkleinerungsgrades der zugesetzten Eis- oder Gelkörper beliebig variieren. So
können etwa bei Verwendung von Schnee sehr feine Poren, - bei Zueatz größerer Eisstücke
Hohlräume beliebiger Größe erzeugt werden. Der Porositätsgrad Hohlraumvolumen P
= Gesamtvolumen ist von mehreren Faktoren abhängig, in erster Linie vom Verhältnis
des Volumens der Eis- oder Gelkörper zum Gesamtvolumen der Mischung, ferner vom
Volumenanteil jener Eismenge, die vor dem Erstarren des Mineraliengerüstes im Zuge
der Hydratationsreaktion des Bindemittels in flüssiges Wasser übergeht. Dieser Anteil
ist wiederum abhängig von der Temperatur, der spezifischen Wärme und dem Gewichtsanteil
jeder Komponente beim Ansetzen der Mischung,
ferner von der sich
einstellenden Hydratationswärme, der Außentemperatur, der Wirksamkeit der Isolierung,
der Wärmeleitfähigkeit der Mischung selbst und dem Oberflächen-Volumen-Verhältnis
des Form oder Schalungshohlraumes. Daraus folgt auch, welche gezielte Maßnahmen
die Porosität des fertigen Endproduktes beeinflussen. Man kann z.B. durch Vorkuhlen
des Bindemittels, der Zuschlagstoffe oder des gegebenenfalls zugesetzten Wassers
die Porosität in gewissem Umfang variieren. In der generellen Praxis wird man es
jedoch möglichst vermeiden, mit vorgekühlten Zuschlagstoffen und Bindemi-tteln zu
arbeiten und- die Temperatur des verwendeten Eises wird in der Mehrzahl der fälle
kaum von 0°C abweichen. Unter diesen Bedingungen reicht meist der Wärmeinhalt der
Bindemittel und Zuschlagstoffe zum teilweisen Schmelzein des Eises aus, um das für
die Hydratation benötigte flüssige Wasser zu erzeugen, ohne zusätzliche Wassermengen
einzuführen. -Es ist im Gegenteil manchmal erforderlich, das ,dem zerkleinerten
Eis anhaftende Wasser durch Abschleudern oder Absaugen vor dem Ansetzen der Mischung
teilweise zu entfernen, um eine Festigkeitsminderung durch überschüssiges Wasser
zu vermeiden. Das Abtrennen des Eiswassers kann entfallen, wenn man zunächst gröbere
Eis-Stücke zusetzt und diese später in Anwesenheit der übrigen- Komponenten zerkleinert-.
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Selbstverständlich können neben den hydraulischen Bindemitteln, den
Ets- bzw.'Gelkörpern, dem flüssigen Anmachwasser und körnigen oder faserigen Zuschlagstoffen,
wie Gesteinsmehl, Sand, Kies, Splitt; Asbest-, Glas-, Miner&lwolle-, organische
Natur-oder Synthesefasern o. ä., noch die bisher üblichen Leichtuschläge oder auch
Korkschrot,-Holzmehl, Holzspäne usw. bei der Herstellung der Mischungen Verwendung
finden. Auch Abbindebeschleuniger oder -verzögerer, Luftporenbildner, Betonverflüssiger,
Hydrophobier- -und Dichtungsmittel, ferner auch Kunststoffpulver, Kunststoffdispersionen
bzw. -lösungen, Farbstoffe und Pigmente können zugegeben werden. Schließlich besteht
ohne Nachteil für das Verfahren-auch die Möglichkeit, was-seriösliche oder--dispergierbare
Zusätze erst allmählich mit dem Bindemittel in Kontakt zu bringen, indem man Eis-
oder Gelkörper verwendet, die solche Zusätze enthalten. Dabei kann der Zusatz auch
in Mikrokapseln
eingeschlossen sein, deren Wände in neutralem oder
alkalischem Medium löslich sind. Hierfür geht man bei der Herstellung der Eis- bzw.
oder Gelkörper nicht von neutralreagierendem, sondern von sauer eingestelltem Wasser
aus. - Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch ganz generell dazu geeignet, den
hydraulisch erhärtenden Komponenten Stoffe einzufügen, deren Wirkung verzögert zur
Geltung kommen soll, indem man nämlich Gelpartikel zusetzt, die den Wirkstoff in
gelöster, fester oder eingekapselter Form enthalten und ihn erst allmählich im Zuge
eines Diffusionsprozesses an die Umgebung freisetzen. Dabei können in speziellen
Fällen, je nach den Umgebungstemperaturen, an die Stelle der Gelpartikel auch in
dieser Weise vorbereitete Eispartikel treten.
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Die Abmessungen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Leichtbaustoffe müssen nicht unmittelbar den für Bauzwecke benötigten Formen und
Maßen entsprechen. Wegen der wählbar sehr hohen Porosität der erhaltenen Baustoffe
lassen sich, insbesondere be Gipsmineralien als Bindemittel, ohne Verwendung größerer
Mengen harter Zuschlagstoffe hergestellte große Körper leicht und schnell zersägen.
Diese Eigenschaft ist insbesondere für die Herstellung von porösen Platten von Vorteil.
Man benötigt dann anstatt vieler kleinerer Formate z.B. nur eine große Quaderform.
Diese Halbzeugtechnik erleichtert außerdem die Wärmeisolierung der erhärtenden Masse
und führt im Sinne unverminderter Durchlässigkeit und Raumschallabsorption zu Bauteilen,
deren Porosität an der Oberfläche nicht verringert ist. Die nach dem Zersägen z.T.
mit Staub zugesetzten Oberflächenporen lassen sich durch Abblasen wieder freilegen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formkörper lassen
sich auch weiter behandeln bzw. veredeln. Sie können beispielsweise mit Hydrophobiermitteln,
Farbstofflösungen, Kunstharzlösungen o.ä. getränkt, mit Anstrichen, Putz oder anderen
Beschichtungen versehen oder mit anderen Werkstoffen durch Verkleben verbunden werden.
Es ist z.B. möglich, mit ungesättigten Polyesterharzen oder mit Epoxidharzen imprägnierte
Glasfasergewebe oder -vliese, ferner Sperrholz-, Karton- oder Kunststoffodert
Metallfölien,
Metallbleche u. dergi. auf ihre Oberfläche aufzubringen-« Be4 beidseitigem Verbinden
von Platten'mit'Flächengebilden von- nie-driger spezifischer Dehnung lassen sich
biege- und--verwindungssteife Leichtbauplatten erzeugen, -z .B.
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solche-'?de-eHonigwabenprinzips'.- - Verbundkonsimktionen mit Papier,
Kartbn, massivem Gips u-.ä. als Außenschicht können auf direktem Wege hergestellt
werden, indem man eine entsprechende Port ganz oder teilweise mit diesen Schichtstoffen
auslegt, erst dann die Eis- und bzw. oder Gelkörper enthaltende Mischung einfüllt
und abbinden läßt. - Soll eine geschlossene Außenschicht aus hydraulisch erhärtendem
Material erzeugt werden, so kann-die Form an ihrer Innenseite mit einer wasserhaltigen
Mischung des Materials vorbeschichtet werden. Die die Eis- oder Gelkörper enthaltende
feuchte Mischung wird dann in den noch verbitbenen Formhohlraum eingefüllt, wenn
die-hydraulisch härtende Vorbeschichtung bereits erstarrt ist.
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Die Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach folgenden Beispielen
verdeutlicht den technischen Fortschritt. Die Versuche wurden bei Raumtemperatur
durchgeführt; die Mischungsverhältnisse sind in Gewichtsteilen ausgedrückt.
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Beispiel 1 Je 200 Teile Stuckgips wurden mit 200 bzw. 350 bzw. 500
Teilen zerkleinertem Eis von 0°C, Größtkorn ca. 10 mm, vermengt, wobei das. dem
Eis anhaftende Wasser für eine sofortige Benetzung des Bindemitteks ausreichte.
Unmitelbar nach dem Mischen wurde die erhaltene Mischung in Formen aus Schaumpolystyrol
gefüllt, die Körper nach zwei Stunden entformt und anschließend bei 50°C im Trockenschrank
getrocknet. - Die trockenen Körper sind von gleichmäßig gemischtporiger Struktur,
besitzen mit steigender Porosität eine verminderte Wärmeleitfähigkeit und sind wesentlich
schlagfester als massiver, abgebundener Stuckgips. Ihre Raumgewichte liegen entsprechend
den Anteilen des beigemischten stückigen Eises bei 0,80 bzw. 0,53, bzw. 0,41 kp/dm3.
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Beispiel 2 225 Teile Eisenportlandzement, 275 und 75 Teile Stuckgips
wurden trocken vorgemischt und dann mit 350 bzw. 500 bzw. 700 Teilen zerkleinertem
Eis von OOC, Größtkorn ca. 10 mm, dem der größte Teil des anhaftenden Wassers durch
vorheriges Abschleudern entzogen wurde, versetzt. Das Mischen wurde so lange fortgesetzt,
bis durch Wärmezufuhr aus der Umgebung eine ausreichende Menge Eis geschmolzen war,
um das Bindemittelgemisch vollständig mit Wasser zu benetzen. Diese Mischung erstarrte
in Formen aus Schaumpolystyrol über Nacht, danach wurden die Formen entfernt, die
Formlinge einen Tag bei Raumtemperatur an der Luft gelagert und anschließend bei
500C im Trockenschrank behandelt. - Die hierbei erhaltenen Formkörper besitzen Raumgewichte
von 0,84 bzw. 0,59 bzw. 0,43 kp/dip3 und sind fester als die nach Beispiel 1 hergestellten
von vergleichbarem Raumgewicht.
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Beispiel 3 270 Teile synthetischer Anhydrit und 30 Teile Stuckgips
wurden trocken vorgemischt und 350 Teile zerkleinertes, durch Abschleudern vom Großteil
des anhaftenden flüssigen Wassers befreites Eis und außerdem 5,4 Teile Anhydrit-Anreger
in Form einer 15%igen wäßrigen Aufschlämmung zugegeben. Das Mischen wurde fortgesetzt,
bis das mineralische Gemisch vollständig mit Schmelzwasser benetzt war. - Die erhaltene
Masse erstarrte in Formen aus Schaumpolystyrol über Nacht und die entformten Körper
lagerten bei Raumtemperatur an der Luft bis zur Austrocknung. -Die hierbei erhaltenen
porösen Formlinge besitzen ein Raumgewicht von 0,81 kp/dm3 und entsprechen in ihrer
Festigkeit den nach Beispiel 2 hergestellten Proben vom Raumgewicht 0,59 kp/dm3.