WO2008052753A2 - Process for producing lightweight rock particles, lightweight rock particles which can be obtained by this process and use of these for producing building materials - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to processes for the preparation of lightweight aggregates for building materials, light aggregates obtainable by these processes and the use of such light aggregates for the production of building materials.
- Aggregates are granular substances containing mineral and / or organic constituents, formerly known as aggregates.
- aggregates are a major constituent of industrially extremely important building materials such as concrete, mortar, plaster and screed.
- the rock streams currently used are predominantly natural, such as e.g.
- sand, gravel or grit can also be artificially produced, for example by thermal treatment of clay or by incorporation of recycled materials such as coal combustion products.
- the light aggregates are in the foreground, ie aggregates with a grain density of ⁇ 2000 kg / m 3 , since in recent years, the need has shifted from heavier to lighter Gesteinskörnun ⁇ gen. Among other things, this is due to the endeavor of weight reduction and a lower thermal conductivity.
- thermally expanded minerals such as expanded clay, intumescent, etc.
- the latter are prepared by the starting material, a porosity agent is mixed, which abruptly burns when suddenly exposed to high temperatures of about 1200 0 C.
- the resulting combustion gases drive up the mineral melt. After cooling, the resulting gases are enclosed in vacuoles in the material.
- Suitable porosifying agents are organic compounds, such as polystyrene derivatives, plastic flakes, polyphenylglycol,
- Polyphenylacetate or organic materials such as paper scraps and organic natural fibers are used.
- This principle is realized, for example, in the spherical gas and / or aerated concrete particles known from DE 1 811 033 B, whose surface is additionally treated by steam hardening or by sealing by means of a film-forming synthetic resin in order to prevent unwanted absorption of water.
- a process for the production of pore granules is also described in DE 10 2005 049 389 A1, in which a known for the production of gas concrete mixture of quartz sand, lime, cement, water and the blowing agent aluminate introduced into a mold, the mixture in the mold hardened and the resulting pore granules is then broken into desired sizes.
- DE 196 32 711 A1 discloses a process for the production of an aggregate for light-weight concrete provided with a coating, in which the lightweight aggregate grains, for example expanded clay aggregates, are subjected to a continuous rolling movement using a granulating plate or a granulating drum and during this Rolling motion with the finely dispersed solid, ie the cement and optionally concrete additives / additives (especially stabilizers) and other aids, while spraying with a binder liquid, preferably water, evenly coated or coated thinly to prevent unwanted water absorption.
- a binder liquid preferably water
- a further modification of this basic principle is described in DE 1 813 881 B, according to which granules of gas or foam concrete are coated with a crust consisting of a calcareous binder, such as cement, and subsequently steam-hardened.
- DE 699 02 288 T2 describes the production of light aggregates from combustion by-products. This involves blending a sulfur-containing by-product of combustion, preferably wet flue-desulphurisation sludge, and calcium hydroxide-containing fines obtained and recycled in the process, and an aluminum-containing material such as pulverized coal (PC) - fly ash, and water. to produce a starting mixture.
- a sulfur-containing by-product of combustion preferably wet flue-desulphurisation sludge, and calcium hydroxide-containing fines obtained and recycled in the process
- an aluminum-containing material such as pulverized coal (PC) - fly ash
- the starting mixture is then agglomerated using a granulating plate and the resulting pellets are combined with hardening calcium oxide-containing fines, such as a mixture of finely divided Brantkalk (CaO) and P.C. fly ash.
- hardening calcium oxide-containing fines such as a mixture of finely divided Brantkalk (CaO) and P.C. fly ash.
- the hardening fines coat the pellets and react exothermically with moisture, generating heat in situ and hardening the pellets.
- the generated aggregates are separated from the calcium hydroxide-containing dry recycle fines, the latter being recycled to the first mixing step.
- DE 197 35 063 A1 describes a process for the production of coated aggregates for structural concrete in which on the grain surface of a round or crushed aggregate, such as quartzite, various clay and sandstones, expanded clay, expanded slate, lava slag, brick chippings, masonry mortar , Putz, Blähtonbeton and boiler slag and blast furnace slag, a compact and dense coating of a mixture of cements, concrete admixtures and / or concrete additives is applied by means of buildup agglomeration.
- a round or crushed aggregate such as quartzite, various clay and sandstones, expanded clay, expanded slate, lava slag, brick chippings, masonry mortar , Putz, Blähtonbeton and boiler slag and blast furnace slag
- the properties of conventional light aggregates such as grain size, bulk density, grain density and corepole strength can not or hardly be influenced.
- expanded industrial aggregates comes as a further disadvantage that the annealing or sintering usually takes place at 1200 0 C and the production thereof is therefore associated with a high energy consumption and high costs.
- the provision of natural starting materials is not very economical due to the considerable procurement costs.
- the use of natural aggregates is also unsatisfactory from an ecological point of view due to the degradation of natural resources and associated emissions.
- the present invention is therefore based on the object of providing lightweight aggregates for the production of building materials that are simple, cost-effective and resource-friendly and environmentally friendly to produce and excellent chemical and physical properties for use in Have building materials.
- the lightweight aggregates according to the invention have the advantage that they are completely homogeneous even with different particle sizes, show a controlled water absorption capacity and have preferred chemical and / or physical properties for their use in building materials. Furthermore, the aggregates according to the invention are inexpensive to produce, because they can be produced at low temperatures and with a low expenditure on equipment and the industrial by-products used are relatively cheap and may be additionally subsidized by disposal premiums. In addition, the use of these industrial by-products sustainably protects the environment.
- Another advantage of the lightweight aggregates according to the invention is that the chemical and physical properties can be adjusted in a targeted manner depending on their future use in a wide range.
- Table 3 illustrates the influence of the starting materials, the mixing technique, the reaction water and the additive on the bulk density, grain density, grain size distribution, Korneigenfestmaschine, water absorption, thermal conductivity ( ⁇ value) and the content of cations and anions.
- a person skilled in the art of producing aggregates can therefore adjust the properties of a desired "designer w aggregate grain" according to the invention in a targeted manner.
- a first aspect of the present invention relates to a first method for producing a light aggregate, a lightweight aggregate obtainable by this method and their use for building materials.
- a first subject of the present invention is therefore a process for the production of a lightweight, homogeneously constructed aggregate having a grain density of ⁇ 2.0 kg / dm 3 or a bulk density of ⁇ 1.2 kg / dm 3 , in which initially only cement and a or multiple industrial by-products selected from the group consisting of incineration slags and ash and rock meal, dry premixed. Then, water of reaction and one or more additives are added to the resulting dry premix with mixing, and the resulting reaction mixture is further mixed and granulated until formation of the light aggregate.
- any known cement can be used, with Portland cement or Aluminatzement are particularly suitable. Particularly good results in terms of strength are achieved with CEM 1 42.5 grade cement.
- the cement is used in the process according to the invention in an amount of 8 to 14 wt .-%, particularly preferably in an amount of 10 to 12 wt .-%, based on the total weight of all added components.
- the amount of cement required in an individual case essentially results from the resistance of the grain the materials used and the desired compressive strength of the final aggregate and can be readily determined by one skilled in the art.
- the industrial by-products used in the process according to the invention are selected from the group consisting of incineration slags and ash, in particular incineration slags and ash resulting from the combustion of coal, for example in power plants in hard coal combustion, such as boiler sand, coal coke and fly ash, and paper ash and Filter dusts or residues from the exhaust gas cleaning (furnace filter dusts), and rock flour, in particular rock flour from the ceramic or stone production or the ceramic or stone processing, and fine particles from the sand and gravel processing, by-products from the lime production, papermaking, Smelting of ferrous and non-ferrous products and by-products of the foundry industry.
- the one or more combustion slags and pockets are used in combination with a rock meal.
- the selection of industrial by-products used in individual cases depends on various criteria, such as homogeneity, bulk density, free chalk content, heavy metal content and content of other substances, such as chlorine and sulfur.
- the most important parameter for a constant quality of the light rock streams according to the invention is the free-lime content, since the lime acts as a binder and is related to the liquid components in a specific ratio. This should therefore be determined regularly and the other starting materials used to be adjusted accordingly.
- the concentration of oxide compounds in the industrial by-products such as Al 2 O 3 , CaO, Fe 2 O 3 , SiO 2 and Na 2 O, K 2 O and MgO, and the Determination of the heavy metal content and the content of other substances, such as chlorine and sulfur.
- the pollutant content of the by-products is particularly important, since the building materials must be harmless to health and comply with statutory regulations, such as the DIN and EU standards prescribed for building materials. Therefore, the industrial by-products used in the process according to the invention should be permanently monitored for pollutant content.
- the industrial by-product is preferably used in an amount of 40 to 90% by weight, more preferably in an amount of 60 to 90% by weight, and especially in one Amount of 70 to 90 wt .-%, based on the total weight of all added components used.
- the industrial by-products influence the physical properties of the lightweight aggregates of the invention, in particular the bulk density, the grain density, the grain endurance and the thermal conductivity.
- the chemical properties are also influenced by the industrial by-products. These have, for example, an importance with regard to possible reactions in the integration into the cement matrix, in particular with recurring contact with moisture.
- acid-forming components in the industrial by-products may eventually lead to the corrosion of reinforcements in concrete products.
- Reaction water and one or more additives are also added in the process according to the invention.
- Tap water can be used as reaction water.
- the amount of water of reaction is usually in the range of 1 to 30 wt .-%, in particular in the range of 5 to 20 wt .-%, preferably in the range of 7 to 15 wt .-%, based on the total weight of all added components.
- the additive is selected from the group consisting of flow agents, pore formers, foaming agents, solidification accelerators, sedimentation reducers, or a mixture thereof.
- a suitable flow agent is, for example, Sika Addiment product ViscoCrete-20 Gold.
- Sika Addiment Product LPS A-94 can be used as a pore former.
- a suitable foaming agent is, among others, Sika Addiment product SB2 or SB41 TM.
- As a solidification accelerator for example, Sika add-on product Sigunit 49 AF can be used.
- a preferred sedimentation reducer is Sika Addiment product Sika Control-5 SVB.
- An additive which is preferably used in the context of the present invention is sodium hypochlorite, which serves as a flow agent and for shifting the pH to the alkaline range.
- the amount of the additive makes up at most 3% by weight of the added amount of water of reaction.
- the additive is used in an amount of 0.01 to 1.0 wt .-%, in particular in an amount of 0.1 to 0.3 wt .-%, based on the total weight of all added components.
- the amount of reaction water and additive added in the individual case depends primarily on the moisture content of the starting material, the concentration of certain components in the starting material and the desired chemical and physical properties. characteristics of the lightweight aggregate to be produced and can be readily determined by a person skilled in the art by appropriate tests.
- the water of reaction and the additive are preferably added as a mixture to the dry premix. Before use, the mixture of the water of reaction and the additive can also be stored in a separate tank.
- the amount of water of reaction used and the amount and type of additive used directly affect the physical properties of the resulting lightweight aggregate.
- the reaction water in particular the particle size distribution, the Korneigenfestmaschine and the water absorption can be influenced, while the additive in particular on the bulk density, the grain density, the grain size distribution and the ⁇ -value.
- cement in an amount of 10 to 12% by weight, a mixture of various industrial by-products, namely 20 to 50% by weight flyash, 20 to 40% by weight boiler edge and 20 to 40% Wt .-% rock flour, and 15 to 25 wt .-% water of reaction as a function of the residual moisture content of the materials, preferably 20% by weight of water of reaction, and 0.1 to 0.3 wt .-% additive, based on the total weight of all added components.
- various industrial by-products namely 20 to 50% by weight flyash, 20 to 40% by weight boiler edge and 20 to 40% Wt .-% rock flour, and 15 to 25 wt .-% water of reaction as a function of the residual moisture content of the materials, preferably 20% by weight of water of reaction, and 0.1 to 0.3 wt .-% additive, based on the total weight of all added components.
- the mixing technique used also plays an important role in the production according to the invention of all light aggregates described in the context of the present invention.
- the surface texture, the shape and size and the compressive strength of the lightweight aggregates are particularly influenced by the speed or rotational speed of the mixing tools and the mixing time.
- mixing devices such as batch or continuous mixers.
- these should be additionally equipped with agitators for the high input of energy at the beginning of the mixing process.
- the dry starting materials should first be premixed dry in any mixer.
- the water of reaction is then added to the dry mix in the continuous mixer.
- the mixing devices used are equipped with probes that allow computer-aided monitoring of humidity and temperature throughout the manufacturing process. Together with other recorded parameters such as time duration, speed, etc., an optimal process control can be achieved and the process can be largely automated.
- the dry premixing in the method according to the invention described above is preferably carried out at a speed of 150 to 250 U / min, in particular at a speed of 150 to 200 U / min.
- the mixture is mixed until a completely homogeneous dry premix is present.
- the mixing time is preferably 2 to 5 minutes, more preferably 2.5 to 4 minutes.
- a preferred combination of speed and mixing time is 200 rpm for 3 min.
- a vertical single-shaft mixer is preferably used.
- the step of adding the water of reaction and the additive is preferably carried out with stirring or mixing at a speed of 350 to 750 U / min., In particular 350 to 550 U / min.
- the mixing time is typically 20 seconds to 3 minutes.
- the water of reaction and the additive is continuously added over a certain period of time, usually 20 to 60 seconds, especially 20 to 30 seconds.
- the water of reaction and the additive are added continuously throughout the production.
- the reaction water and the additive are preferably injected via a nozzle into the mixing device, wherein the amount of the injected reaction water and / or additive can be detected for example by means of a flow meter.
- a batch mixer preferably additionally comprises agitators for the input of mechanical energy at the beginning of the mixing process.
- no additional granulating means such as a granulating dish or a granulating drum are used as "forming" means, rather the light rock granules are directly in the mixer or granulator
- the agglomeration, ie the caking, of the fine particles in the reaction mixture during the mixing process is thereby added used free hydration energy, so that no heat must be supplied from the outside ⁇ leads.
- the granulation is carried out at a lower speed compared to the mixing when adding the reaction water and the additive, for example at a speed of 150 to 250 U / min, in particular at 150 to 200 U / min, directly in the mixer.
- the mixing and granulation is done until the light aggregate forms, usually for about 1.5 to 5 minutes.
- the mixing time is generally 3 to 5 minutes, in particular 4 to 5 minutes.
- the mixing and granulation time depends directly on the
- the residence time in the continuous mixer is usually between 1.5 and 3 minutes.
- the light aggregate obtained at the end of the mixing and granulating step may further be subjected to fractionation.
- sieve devices with different mesh and hole dimensions can be used.
- Preferred screening devices are wire screens, perforated screens, drum screens and screen decks.
- the light aggregate is temporarily stored prior to fractionation, more preferably for at least 12 hours, especially for 12 to 48 hours, to cure the light aggregate. If it falls below 12 h, the light aggregate is not hard enough so that the sieves stick together. If they are exceeded for 48 h, the pellets of the light aggregate easily adhere to one another and can no longer be separated well when sieving.
- the mean grain size of the aggregate according to the invention is typically 0.1 to 10 mm, in particular 1 to 5 mm.
- the bulk density is usually in the range of 0.6 to 1.7 kg / dm 3 , in particular in the range of 0.7 to 1.2 kg / dm 3 .
- the mean grain density is usually 0.9 to 1.9 kg / dm 3 , in particular 1.0 to 1.5 kg / dm 3 .
- the grain endurance of the lightweight aggregate according to the invention is typically in the range of 3.5 to 25 N / mm 2 , in particular 10 to 20 N / mm 2 .
- Another object of the present invention relates to the use of the light aggregate according to the invention described above for the production of building materials, which preferably meet the standard according to DIN EN 13 0 55-1.
- the fractionated light aggregates are preferably not immediately, but At the earliest after 3 days, they are used for the production of the building materials, since the light aggregates only reach about 85% of their final hardness after this period of time and the hydration is largely completed. If the light aggregates are used earlier, they withdraw water of reaction from the hardening building material, such as a stone, which leads to a considerably lower pressure resistance.
- the lightweight aggregates of the invention in building materials selected from light screed, light mortar, light plaster, lightweight concrete, in particular lightweight concrete LC 16/18 or LC 20/28, fillings for stones, bricks, drain boards and layers, insulation boards and layers, and Base layers under floors, in particular base layers under industrial floors used.
- the lightweight aggregates according to the invention are particularly preferably used in light screed, light mortar, light plaster or lightweight concrete.
- a second aspect of the present invention relates to a second alternative method for producing a light aggregate, a lightweight aggregate obtainable by this method and their use for building materials.
- another object of the present invention is an alternative process for producing a lightweight aggregate containing fibers coated in addition to cement and industrial by-products and having a bulk density of ⁇ 2.0 kg / dm 3 or a bulk density of ⁇ 1.2 kg / dm 3 has.
- fibers are first coated with inorganic crystals by dry premixing the fibers with quicklime or fine aluminum powder and cement and then adding water of reaction and one or more first additives, followed by storage to cool and reactivate the resulting coated layer fibers.
- this exothermic coating step in which the temperature of the reaction mixture can increase to up to 9O 0 C, grow on the surface of the acting as a substrate fibers finest inorganic crystals.
- lime and cement absorb carbon dioxide from the air in a moist medium and become carbonic acid salts (carbonates).
- carbonates carbonic acid salts
- aluminosilicate, aluminum carbonate and alumina crystals are formed.
- fibers take over the function of reinforcing products and give the lightweight aggregate produced by the process according to the invention an additional flexural tensile strength with reduced specific weight.
- the fine aluminum powder which can be used instead of lime, due to the higher reactivity leads to a very fine and homogeneous inorganic coating, which is even better than those with quicklime.
- aluminum powder due to the high risk of fire and explosion, aluminum powder can only be processed wet with great care.
- the amount of cement used in the first step is preferably 10 to 20% by weight, more preferably 12 to 18% by weight, and most preferably 16% by weight, based on the total weight of all in the first Step added components.
- the amount of the quicklime or the fine aluminum powder is preferably 10 to 20% by weight, more preferably 12 to 18% by weight, and most preferably 16% by weight, based on the total weight of all the components added in the first step.
- the fibers used in the process according to the invention are preferably vegetable fibers.
- Particularly suitable fibers are cellulose fibers.
- Paper scavengers are most preferably used, especially high-definition paper scavengers.
- the fibers preferably constitute from 40 to 75% by weight, more preferably from 50 to 65% by weight, in particular from 55 to 60% by weight and particularly preferably 63% by weight, based on the total weight of all components added in the first step ,
- reaction water for example tap water in an amount of 1 to 10 wt .-%, in particular 2 to 6 wt .-%, based on the total weight of all components added in the first step, are added.
- the amount of water of reaction added varies depending on the residual moisture in the non-liquid components added in the first step, the total amount of water, i.e., the total amount of water added.
- the amount of water of reaction and the residual moisture 6 to 9 wt .-%, in particular 6 to 8 wt .-%, based on the total weight of all components added in the first step, makes up.
- the first additive is as defined above.
- a particularly preferred first additive is sodium hypochlorite.
- the sodium hypochlorite is usually used as a 0.1% solution used in the reaction water.
- the amount of the first additive added accounts for at most 0.3% by weight of the added amount of water of reaction. Accordingly, the first additive is usually added in an amount of 0.01 to 0.25% by weight, in particular 0.1 to 0.2% by weight, based on the total weight of all components added in the first step.
- the water of reaction and the additive are preferably added as a mixture to the dry premix. Before use, the mixture of the reaction water and the first additive can also be stored in a separate tank.
- the amount of water of reaction and of the first additive depends on the residual moisture contained in the starting materials and the desired degree of coating. If the reaction mixture is too wet or too little wet, the precipitation of the calcium carbonate and calcium oxide crystals takes place only incompletely or not at all. A person skilled in the art can easily determine the appropriate amount of water of reaction and additive to be used by experiments.
- At least one of the combustion slags or ash defined above is also present in an amount of 0 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight, in particular 30% by weight. based on the total weight of all components used in the first step.
- a particularly preferred combustion ash is fly ash.
- fibers in an amount of from 50 to 65% by weight fibers in an amount of from 50 to 65% by weight, quicklime or fine aluminum powder in an amount of from 12 to 18% by weight, cement in an amount of from 12 to 18% by weight, optionally combustion slags and ash in an amount of 0 to 5% by weight, water of reaction in an amount of 6 to 9 wt .-% and the first additive in an amount of 0.1 to 0.25 wt .-%, based on the total weight of all components added in the first step.
- the storage of the resulting coated fibers is preferably for at least 12 hours, more preferably for 12 to 48 hours, and most preferably for 24 hours. During this time, the fibers coated in the manner described above will react, which will result in further processing the fibers have a positive effect.
- the step of cooling and storage is required because too hot material would accelerate the pozzolanic reaction in the subsequent step to light aggregate. The light aggregates then harden too quickly and by far do not reach the target coral strength.
- the dry premixing in the first step of the second process according to the invention is preferably carried out at a speed of 100 to 300 rpm, in particular at a speed of 150 to 250 rpm.
- the dry premixing in the first step takes place until homogeneous, preferably for a period of 1 to 4 minutes, in particular for a period of 1.5 to 2 minutes.
- a high energy input batch mixer optionally provided with agitators, is used for dry premixing.
- the addition of the water of reaction and the first additive in the first step takes place continuously over a certain period of time, preferably over 15 seconds to 2 minutes, more preferably over 30 to 60 seconds.
- During the addition of the reaction water and the additive is preferably mixed at a speed of 100 to 300 U / min, in particular 150 to 250 U / min.
- the water of reaction and the first additive are preferably injected via a nozzle into the mixing device, wherein the amount of the injected reaction water and / or additive can be detected for example by means of a flow meter.
- cement and one or more industrial by-products selected from the group consisting of incineration slags and ash and rock dust are added to the coated fibers obtained from the first step, the mixture premixed dry and then Water of reaction and one or more second additives are added to the mixture, followed by mixing and granulating the resulting reaction mixture until the formation of the light aggregate.
- the cement and industrial by-product are as defined above.
- the additives already defined above can be used, preferably sodium hypochlorite, usually as a 0.1% solution in the water of reaction, is used.
- boiler edge and rock flour and / or paper ash or boiler sand and / or rock flour and paper ash are preferably used as industrial by-products.
- the amount of cement is preferably 7 to 12 wt .-%, in particular 9 to 10 wt .-%, particularly preferably 10 wt .-%, based on the total weight of all components added in the second step.
- the amount of the industrial by-product is preferably from 10 to 65% by weight, especially from 20 to 40% by weight, based on the total weight of all components added in the second step.
- the proportion of the coated fibers is preferably 10 to 65 wt .-%, particularly preferably 20 to 40 wt .-%, based on the total weight of all components added in the second step.
- the water of reaction is added preferably in an amount of 15 to 26% by weight, more preferably in an amount of 18 to 20% by weight.
- the amount of the second additive added makes at most 0.2% by weight, preferably 0.01 to 0.2% by weight, especially 0.1 to 0.2% by weight, based on the total weight of all in the second step added components, from.
- the amount of reaction water and additive added in the individual case depends primarily on the moisture content of the starting material, the concentration of certain components in the starting material and the desired chemical and physical properties of the lightweight aggregate to be produced and can be easily determined by a person skilled in the art by appropriate experiments ,
- the water of reaction and the additive are preferably added as a mixture to the dry masterbatch in the second step.
- the mixture of the water of reaction and the second additive can also be stored in a separate tank before use.
- the amount of water of reaction used and the amount and type of additive used directly affect the physical properties of the resulting light aggregate.
- the particle size distribution, the grain endurance and the water absorption can be influenced by the water of reaction, while the additive has an effect, in particular, on the bulk density, the grain density, the particle size distribution and the ⁇ value.
- the mixing technique used also in the case of the second step of the second method according to the invention an important importance in the production of light rock granules according to the invention, since thereby the physical properties of the finally obtained aggregate are influenced.
- the comments made above in connection with the mixing technique therefore also apply correspondingly to the second method according to the invention.
- the dry pre-mixing in the second step of the second method according to the invention is carried out until homogeneous, preferably for a period of 2 to 6 minutes, in particular for a period of 2 to 4 minutes.
- the speed is preferably 100 to 300 rpm, more preferably 250 to 300 rpm.
- Commercially available vertical or horizontal single-shaft mixers which are optionally equipped with additional agitators are particularly suitable as mixing devices. If agitators are used, these are preferably added at the beginning of mixing the dry premix for a period of 3 minutes at a speed of 250 rpm to 300 rpm and then at a speed of 150 to 250 rpm for 3 minutes continued agitators without agitators.
- the addition of the water of reaction and the second additive is preferably carried out with stirring or mixing, for example in a batch or continuous mixer with optional agitators, at a speed of 150 to 750 U / min, in particular 200 to 550 U / min. If a batch mixer is used, the speed is preferably 200 to 250 rpm.
- the liquid components are added continuously over a certain period of time, usually 10 seconds to 2 minutes, in particular 20 seconds to 60 seconds. When using a continuous mixer, the speed is preferably 350 to 550 rpm.
- the reaction water and the second additive are preferably injected via a nozzle into the mixing device, wherein the amount of the injected reaction water and / or additive can be detected for example by means of a flow meter.
- the step of mixing and granulating to the formation of the light aggregate is preferably carried out for a period of 3 to 5 minutes, in particular for a period of 3 to 4 minutes.
- the speed in this mixing or granulating step is in the range of 150 to 750 rpm, in particular 200 to 550 rpm.
- the speed is preferably 200 to 250 rpm.
- the speed is preferably 350 to 750 rpm, in particular 550 rpm.
- the released hydration energy is used for the agglomeration of the particles, so that no additional heat from the outside must be supplied.
- conventional batch mixers optionally provided with agitators for additional energy input, or continuous mixers may be used.
- the resulting light aggregate may further be fractionated.
- sieve devices with different mesh and hole dimensions can be used.
- Preferred screening devices are wire screens, perforated screens, drum screens and screen decks.
- the light aggregate is temporarily stored prior to fractionation for the reasons stated above, preferably for at least 12 hours, in particular for 12 to 48 hours.
- Another object of the present invention is a lightweight aggregate obtainable by the above-described second method of the invention.
- the mean grain size of this aggregate according to the invention is typically 0.1 to 10 mm, in particular 1 to 5 mm.
- the bulk density is usually in the range of 0.6 to 1.4 kg / dm 3 , in particular in the range of 0.7 to 1.0 kg / dm 3 .
- the mean grain density is usually 0.8 to 1.7 kg / dm 3 , in particular 0.9 to 1.4 kg / dm 3 .
- the grain endurance of the lightweight aggregate according to the invention is typically in the range of 3.5 to 25 N / mm 2 , in particular 10 to 20 N / mm 2 .
- Another object of the present invention relates to the use of the light aggregate according to the invention described above for the production of building materials, which preferably meet the standard according to DIN EN 13 0 55-1.
- Preferred examples of this are lightweight screed, light mortar, light plaster, lightweight concrete, in particular lightweight concrete LC 16/18 or LC 20/28, fillings for bricks,
- a third aspect of the present invention relates to a third alternative process for producing a light aggregate having a grain density of ⁇ 2.0 kg / dm 3 or a bulk density of ⁇ 1.2 kg / dm 3 , a light aggregate obtainable by this process, and the like Use for building materials.
- a third object of the present invention is a third alternative process for producing a light aggregate of cement, hydrated lime, particles of silicon and / or alumina and optionally one or more industrial by-products selected from the group consisting of incineration slags and ash and rock flour.
- first cement, hydrated lime, silicon and / or alumina particles and optionally the one or more industrial by-products are dry pre-mixed, then water of reaction and one or more additives are added and the resulting reaction mixture including air in the reaction mixture, exclusively by Stir until mixed to form a foamy mineral paste. Then the mineral pulp is transferred to a mold and cured in the mold to form a mineral foam block. Thereafter, the formed in the form of mineral foam block is turned off and crushed to obtain a light aggregate of the desired shape and size.
- Preferred silicon and / or aluminum oxide particles have a particle size of less than 90 ⁇ m.
- Suitable silica particles are fine fractions of quartz sand.
- Suitable alumina particles are fine fractions of calcined bauxite.
- the silicon and / or alumina particles preferably constitute from 40 to 60% by weight, in particular from 40 to 55% by weight and more preferably 50% by weight, based on the total weight of the components added to form the mineral slurry.
- the cement and is as defined above and is preferably in an amount of 10 to 30 wt .-%, preferably in an amount of 12 to 25 wt .-%, particularly preferably 20 to 24 wt .-%, based on the total weight of used to form the mineral pulp added components.
- the hydrated lime is usually used in an amount of 10 to 30% by weight, preferably in an amount of 20 to 30% by weight.
- Preferred industrial by-products that can be used in the process of the invention are as defined above. Particularly suitable are various quartz sands or flours. In particular, mixtures of at least one of the above-defined incineration slags or ash and a rock meal with a high proportion of quartz sand can also be used.
- the amount of industrial by-product used is 0 to 40 wt .-%, in particular 20 to 40 wt .-%, preferably 30 to 40 wt .-%, based on the total weight of the added to form a foamy mineral pulp components.
- silica particles usually in the form of a very fine quartz sand, 22 to 26% by weight of hydrated lime and 22 to 26% by weight of cement, based on the total weight of the dry premix, are preferred in the dry premix , used.
- superplasticizers for example, superplasticizers, solidification accelerators and sedimentation reducers can be used as additives.
- the additive is preferably used in an amount of from 0.1 to 3% by weight, in particular in an amount of from 1 to 3% by weight, more preferably in an amount of 2% by weight, based on the total weight of the product a foamy Mineralbreis added components used.
- the water of reaction is, for example, tap water and is used in an amount of 1 to 15 wt .-%, in particular in an amount of 1 to 10 wt .-%, preferably in an amount of 5 to 10 wt .-%, based on the total weight of added to the formation of a foamy Mineralbreis added components.
- the water of reaction and the additive are preferably added as a mixture to the dry premix. Before use, the mixture of the reaction water and the first additive can also be stored in a separate tank.
- step of dry premixing according to a preferred embodiment to shorten the curing time additionally aluminum hydroxide, preferably in an amount of 2 to 5 wt .-%, in particular 3 wt .-%, based on the total weight of the added to form a foamy mineral pulp Components are used.
- Cement in an amount of 12 to 24 is particularly preferred for producing a light aggregate according to the third method according to the invention Wt .-%, in particular 22 to 24 wt .-%, hydrated lime in an amount of 22 to 25 wt .-%, silicon and / or alumina particles in an amount of 40 to 50 wt .-%, aluminum hydroxide in an amount of 0 to 5 wt .-%, water of reaction in an amount of 5 to 10 wt .-% and additive in an amount of 1 to 3 wt .-%, based on the total weight of the added to form the foamy mineral pulp components used.
- the amount of water of reaction and additive added in the individual case depends primarily on the moisture content of the starting material and the concentration of certain components in the starting material and the desired chemical and physical properties of the lightweight aggregate to be produced and can easily be determined by a person skilled in the art by appropriate experiments be determined.
- the mixing technique used also in the case of the third method according to the invention an important importance in the production of light Gesteinskömieux invention, since thereby the physical properties as already described above are influenced.
- the comments made above in connection with the mixing technique therefore also apply correspondingly to the third method according to the invention.
- the mixing steps of the third process according to the invention are carried out using special double-shaft mixers which, for example, have counter rotating stirring tools and additional agitators.
- the dry premixing in the third process according to the invention takes place until homogeneous, usually for a period of 2 to 5 minutes, in particular for a period of 2 to 4 minutes.
- the speed of mixing the dry premix is preferably in the range of 500 to 700 rpm. Particular preference is dry premixed for 3 min at 600 U / min.
- the addition of the water of reaction and the additive is preferably carried out with stirring or mixing at a speed of 500 to 700 U / min, in particular 600 U / min.
- the liquid components are added continuously over a certain period of time, usually 2 to 6 minutes, in particular 3 to 5 minutes.
- the water of reaction and the additive are preferably injected via a nozzle in the mixing device, wherein the amount of the injected reaction water and / or additive can be detected for example by means of a flow meter.
- the mixing of the reaction mixture resulting after addition of the liquid components until the formation of a foamy mineral slurry is usually carried out for 3 to 8 minutes, in particular for 4 minutes.
- the speed is preferably 500 to 700 rpm, more preferably 600 rpm.
- special double-shaft mixers possibly with additional agitators, is required.
- the foamy mineral pulp obtained after mixing is converted into a mold for curing.
- the mold may be any suitable shape, preferably separable.
- the curing takes place for at least 12 h, in particular 15 to 72 h.
- the formed in the form of cured mineral foam block is subjected to the sheathing of a crushing treatment, such as breaking.
- the crushed light aggregates may further be subjected to fractionation.
- sieve devices with different mesh and hole dimensions can be used.
- Preferred screening devices are wire screens, perforated screens, drum screens and screen decks.
- the mean grain size of the aggregate according to the invention is typically 0.1 to 10 mm, in particular 1 to 5 mm.
- the bulk density is usually in the range of 0.3 to 0.9 kg / dm 3 , in particular in the range of 0.4 to 0.7 kg / dm 3 .
- the mean grain density is usually 0.4 to 1.1 kg / dm 3 , in particular 0.5 to 0.9 kg / dm 3 .
- the komeigenfestmaschine of the lightweight aggregate according to the invention is typi- usually in the range from 3.5 to 4.5 N / mm 2 , in particular in the range from 4.0 to 4.5 N / mm 2 .
- Another object of the present invention relates to the use of the light aggregate according to the invention described above for the production of building materials, which preferably meet the standard according to DIN EN 13 0 55-1.
- the light aggregate obtained before or after the fractionation is preferably not used immediately, but for at least 3 days, for the above-mentioned reasons, for the production of the above-mentioned building materials.
- the lightweight aggregate according to the invention is preferably used in light screed, light mortar, light plaster, lightweight concrete, in particular lightweight concrete LC 16/18 or LC 20/28, fillings for bricks, bricks, drain boards and layers, insulation boards and layers, and base courses under floors, especially base courses used under industrial floors.
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung leichter Gesteinskörnungen, durch diese Verfahren erhältliche leichte Gesteinskörnungen, und Verwendung derselben zur Herstellung von Process for the preparation of light aggregates, light aggregates obtainable by these processes, and use thereof for the production of
Baustoffenbuilding materials
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung leichter Gesteinskörnun- gen für Baustoffe, leichte Gesteinskörnungen, die durch diese Verfahren erhältlich sind, sowie die Verwendung solcher leichten Gesteinskörnungen zur Herstellung von Baustoffen.The present invention relates to processes for the preparation of lightweight aggregates for building materials, light aggregates obtainable by these processes and the use of such light aggregates for the production of building materials.
Gesteinskörnungen sind gekörnte Stoffe, die mineralische und/oder organische Be- standteile enthalten und früher als Zuschlagstoffe bezeichnet wurden. Neben Bindemitteln, wie Zement, stellen Gesteinskörnungen einen Hauptbestandteil von industriell außerordentlich wichtigen Baustoffen, wie etwa Beton, Mörtel, Putz und Estrich, dar. Die gegenwärtig verwendeten Gesteinskömungen sind überwiegend natürlich, wie z.B. Sand, Kies oder Splitt, können jedoch auch künstlich hergestellt werden, beispielsweise durch thermisches Behandeln von Ton oder durch Einarbeiten von recyclierten Stoffen, wie Kohleverbrennungsprodukten.Aggregates are granular substances containing mineral and / or organic constituents, formerly known as aggregates. In addition to binders such as cement, aggregates are a major constituent of industrially extremely important building materials such as concrete, mortar, plaster and screed. The rock streams currently used are predominantly natural, such as e.g. However, sand, gravel or grit can also be artificially produced, for example by thermal treatment of clay or by incorporation of recycled materials such as coal combustion products.
In der Bauindustrie werden riesige Mengen an Gesteinskörnungen zur Herstellung der oben erwähnten Baustoffe benötigt. So werden alleine in Deutschland pro Jahr etwa 800 Mio. Tonnen Gesteinskörnungen verbraucht. Die Ressourcen an natürlichen Gesteinskörnungen sind jedoch begrenzt. Im Hinblick auf eine nachhaltige Nutzung der verfügbaren Ressourcen hat sich daher in vielen entwickelten Ländern die Einsicht durchgesetzt, dass alle in einer Volkswirtschaft anfallenden Rest-, Neben- oder Abfallstoffe der erneuten Verwertung zuzuführen sind, um zum einen Primärstoff einzusparen und zum anderen den Flächen- und Nachsorgebedarf von Deponien einzuschränken. Trotz dieser nachhaltigen Ressourcen-Bewirtschaftung, die in einigen europäischen Ländern auch gesetzlich verankert ist, gibt es nach wie vor große Mengen von nicht verwerteten mineralischen und nicht-mineralischen Rest-, Nebenbzw. Abfallstoffen. So beschränkt sich das Recycling von Rest-, Neben- oder Abfall- Stoffen in der Bauindustrie im Wesentlichen auf die Verwertung von Bauschutt, der gebrochen, gemahlen und gesiebt wird. Es besteht daher ein beträchtliches Interesse, die in großen Mengen und kostengünstig erhältlichen Rest-, Neben- bzw. Abfallstoffe zur Herstellung von Gesteinskörnun¬ gen zu verwenden. Dabei stehen insbesondere die leichten Gesteinskörnungen im Vordergrund, d.h. Gesteinskörnungen mit einer Kornrohdichte von < 2000 kg/m3, da sich in den letzten Jahren der Bedarf von schwereren zu leichteren Gesteinskörnun¬ gen verlagert hat. Dies ist unter anderem im Bestreben der Gewichtsverringerung und einer geringeren Wärmeleitfähigkeit begründet.In the construction industry, huge quantities of aggregates are needed to produce the building materials mentioned above. In Germany alone, about 800 million tonnes of aggregates are used each year. However, the resources of natural aggregates are limited. In view of the sustainable use of available resources, it has become clear in many developed countries that all residual, by-products or waste materials arising in an economy must be recycled, in order to save primary material and reduce land use. and aftercare needs of landfills. Despite this sustainable resource management, which is also enshrined in law in some European countries, there are still large amounts of unused mineral and non-mineral residual, Nebenbzw. Waste materials. For example, the recycling of residual, secondary or waste materials in the construction industry is essentially restricted to the recycling of rubble that is crushed, crushed and sieved. There is therefore the use in large quantities and cheaply available residual, products or waste materials for the production of Gesteinskörnun ¬ gen considerable interest. In particular, the light aggregates are in the foreground, ie aggregates with a grain density of <2000 kg / m 3 , since in recent years, the need has shifted from heavier to lighter Gesteinskörnun ¬ gen. Among other things, this is due to the endeavor of weight reduction and a lower thermal conductivity.
Zur weiteren Erläuterung von Gesteinskörnungen allgemein und der Abgrenzung zu leichten Gesteinskörnungen, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, wird auf die nachfolgenden Tabellen 1 und 2 verwiesen (nach dem Handbuch „Betontechnische Daten", Ausgabe 2005, Hrsg. HeidelbergCement AG).For further explanation of aggregates in general and the demarcation to light aggregates, which are the subject of the present invention, reference is made to the following Tables 1 and 2 (according to the manual "Concrete Technical Data", 2005 edition, ed. HeidelbergCement AG).
Tabelle 1. Klassifizierung von GesteinskörnunαenTable 1. Classification of aggregates
Tabelle 2. Klassifizierung leichter GesteinskörnungenTable 2. Classification of light aggregates
Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, werden als leichte Gesteinskörnungen neben natürlichen Mineralien, wie Bims, Lavaschlacke und dergleichen, bislang vor allem thermisch geblähte Mineralien, wie Blähton, Blähschiefer, etc., verwendet. Letztere werden hergestellt, indem dem Ausgangsmaterial ein Porosierungsmittel zugemischt wird, das bei plötzlichem Aussetzen gegenüber hohen Temperaturen von etwa 12000C schlagartig verbrennt. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase treiben die mineralische Schmelze auf. Nach dem Abkühlen sind die entstandenen Gase in Vakuolen im Material eingeschloßen. Als Porosierungsmittel kommen organische Verbin- düngen, wie Polystyrolderivate, Kunststoffflocken, Polyphenylglycol,As can be seen from Table 1, as light aggregates in addition to natural minerals, such as pumice, lava varnishes and the like, so far mainly thermally expanded minerals, such as expanded clay, intumescent, etc., used. The latter are prepared by the starting material, a porosity agent is mixed, which abruptly burns when suddenly exposed to high temperatures of about 1200 0 C. The resulting combustion gases drive up the mineral melt. After cooling, the resulting gases are enclosed in vacuoles in the material. Suitable porosifying agents are organic compounds, such as polystyrene derivatives, plastic flakes, polyphenylglycol,
Polyphenylacetat, oder organische Materialien, wie Papierfangstoffe und organische natürliche Fasern, zum Einsatz.Polyphenylacetate, or organic materials such as paper scraps and organic natural fibers are used.
Dieses Prinzip ist beispielsweise bei den aus der DE 1 811 033 B bekannten kugeli- gen Gas- und/oder Porenbetonteilchen verwirklicht, deren Oberfläche zusätzlich durch Dampfhärten oder durch Versiegeln mittels eines filmbildenden Kunstharzes behandelt ist, um eine unerwünschte Wasseraufnahme zu verhindern.This principle is realized, for example, in the spherical gas and / or aerated concrete particles known from DE 1 811 033 B, whose surface is additionally treated by steam hardening or by sealing by means of a film-forming synthetic resin in order to prevent unwanted absorption of water.
Ein Verfahren zur Herstellung von Porengranulaten ist ferner in der DE 10 2005 049 389 Al beschrieben, bei dem eine für die Herstellung von Gasbeton bekannte Mischung aus Quarzsand, Kalk, Zement, Wasser und dem Treibmittel Aluminat in eine Form eingebracht, die Mischung in der Form ausgehärtet und das resultierende Porengranulat anschließend in gewünschte Größen gebrochen wird.A process for the production of pore granules is also described in DE 10 2005 049 389 A1, in which a known for the production of gas concrete mixture of quartz sand, lime, cement, water and the blowing agent aluminate introduced into a mold, the mixture in the mold hardened and the resulting pore granules is then broken into desired sizes.
Im Stand der Technik ist des Weiteren aus der DE 196 32 711 Al ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Umhüllung versehenen Zuschlagstoffes für Leichtbeton bekannt, beim dem die Leichtzuschlagkörner, beispielsweise Blähtonzuschläge, unter Verwendung eines Granuliertellers oder einer Granuliertrommel einer ständigen Rollbewegung ausgesetzt und während dieser Rollbewegung mit dem feindispersen Feststoff, d.h. dem Zement und gegebenenfalls Betonzusatzstoffen/-zusatzmitteln (insbesondere Stabilisierern) und anderen Hilfsmitteln, unter gleichzeitigem Besprühen mit einer Bindeflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gleichmäßig dünn beschichtet bzw. umhüllt werden, um eine unerwünschte Wasseraufnahme zu verhindern. Eine weitere Abwandlung dieses grundlegenden Prinzips ist in der DE 1 813 881 B beschrieben, wonach Körner aus Gas- oder Schaumbeton mit einer aus einem kalkhaltigen Bindemittel, wie Zement, bestehenden Kruste belegt und nachfolgend dampfgehärtet werden.Furthermore, DE 196 32 711 A1 discloses a process for the production of an aggregate for light-weight concrete provided with a coating, in which the lightweight aggregate grains, for example expanded clay aggregates, are subjected to a continuous rolling movement using a granulating plate or a granulating drum and during this Rolling motion with the finely dispersed solid, ie the cement and optionally concrete additives / additives (especially stabilizers) and other aids, while spraying with a binder liquid, preferably water, evenly coated or coated thinly to prevent unwanted water absorption. A further modification of this basic principle is described in DE 1 813 881 B, according to which granules of gas or foam concrete are coated with a crust consisting of a calcareous binder, such as cement, and subsequently steam-hardened.
Darüber hinaus sind eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von künstlichen, leichten Gesteinskörnungen unter Verwendung von Verbrennungsprodukten, wie Aschen und Schlacken, sowie Zement und Kalk bekannt. So beschreibt beispielsweise die DE 699 02 288 T2 die Herstellung leichter Gesteinskörnungen aus Verbrennungsnebenprodukten. Dabei wird ein schwefelhaltiges Verbrennungsnebenprodukt, vorzugsweise Schlamm aus der Naß-Abgasentschwefelung, sowie Calciumhydroxid-enthaltende Feinteilchen, die in dem Verfahren anfallen und in dieses rückgeführt werden, sowie ein aluminiumhaltiges Material, wie beispielsweise pulverisierte Kohle (P.C.)- Flugasche, und Wasser vermengt, um ein Ausgangsgemisch zu erzeugen. Das Ausgangsgemisch wird dann unter Verwendung eines Granuliertellers agglomeriert und die resultierenden Pellets werden mit härtenden Calciumoxid-enthaltenden Feinteilen, wie beispielsweise einer Mischung aus feinteiligem Brantkalk (CaO) und P.C.Flugasche, vereinigt. Die härtenden Feinteile überziehen die Pellets und reagieren exotherm mit Feuchte, wodurch in situ Wärme erzeugt wird und die Pellets gehärtet werden. Schließlich werden die erzeugten Gesteinskörnungen von den Calciumhydro- xid-enthaltenden, trockenen Rückführungsfeinteilen getrennt, wobei letzere in den ersten Mischschritt zurückgeführt werden.In addition, a number of processes for producing artificial, lightweight aggregates using combustion products such as ashes and slags, as well as cement and lime are known. For example, DE 699 02 288 T2 describes the production of light aggregates from combustion by-products. This involves blending a sulfur-containing by-product of combustion, preferably wet flue-desulphurisation sludge, and calcium hydroxide-containing fines obtained and recycled in the process, and an aluminum-containing material such as pulverized coal (PC) - fly ash, and water. to produce a starting mixture. The starting mixture is then agglomerated using a granulating plate and the resulting pellets are combined with hardening calcium oxide-containing fines, such as a mixture of finely divided Brantkalk (CaO) and P.C. fly ash. The hardening fines coat the pellets and react exothermically with moisture, generating heat in situ and hardening the pellets. Finally, the generated aggregates are separated from the calcium hydroxide-containing dry recycle fines, the latter being recycled to the first mixing step.
Überdies ist in der DE 197 35 063 Al ein Verfahren zur Herstellung von umhüllten Zuschlagstoffen für Konstruktionsbeton beschrieben, bei dem auf der Kornoberfläche eines runden oder gebrochenen Zuschlags, wie beispielsweise Quarzit, diversen KaIk- und Sandsteinen, Blähton, Blähschiefer, Lavaschlacke, Ziegelsplitt, Mauermörtel, Putz, Blähtonbeton sowie Kesselschlacke und Hochofenschlacke, eine kompakte und dichte Beschichtung aus einer Mischung aus Zementen, Betonzusatzmitteln und/oder Betonzusatzstoffen mittels Aufbauagglomeration aufgebracht wird.Moreover, DE 197 35 063 A1 describes a process for the production of coated aggregates for structural concrete in which on the grain surface of a round or crushed aggregate, such as quartzite, various clay and sandstones, expanded clay, expanded slate, lava slag, brick chippings, masonry mortar , Putz, Blähtonbeton and boiler slag and blast furnace slag, a compact and dense coating of a mixture of cements, concrete admixtures and / or concrete additives is applied by means of buildup agglomeration.
Aus der DE 32 42 992 Al ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung von Flugasche in lagerfähiger Form und/oder zur Verwendung als Zuschlagstoff, insbesondere für die Bauindustrie, bekannt, wobei Flugaschestaub mit den hydraulischen Bindemitteln Zement, Gips und Karbidschlamm unter Beimengung von Wasser und Zusatzstoffen homogen gemischt und in eine körnige Form überführt wird. Ein Nachteil der bisher verwendeten Gesteinskörnungen besteht darin, dass diese häufig nicht die gewünschten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften aufweisen. So zeigen natürliche Gesteinskörnungen oft eine relativ unkontrollierte Wasseraufnahme. Ferner sind thermisch hergestellte, geblähte industrielle Gesteins- körnungen inhomogen aufgebaut, was zu einer variierenden Druckfestigkeit führen kann. Zudem zeigen diese oft eine unkontrollierte Wasseraufnahme. Auch durch Rollagglomeration und Sintern oder Pelletierung hergestellte industrielle Gesteinskörnungen weisen aufgrund des schichtweisen Aufbaus von Umhüllungen um einen Kern häufig einen inhomogenen Aufbau auf. Eine weitere unerwünschte Eigenschaft ist die unkontrollierte Hydratation von noch nicht hydratisiertem Zement oder Kalk, was zu unerwünschten Eigenschaften des Baustoffendprodukts führen kann.From DE 32 42 992 Al finally a method for the production of fly ash in storable form and / or for use as an aggregate, especially for the construction industry, known fly ash dust with the hydraulic binders cement, gypsum and carbide with the addition of water and additives homogeneously mixed and converted into a granular form. A disadvantage of the aggregates used hitherto is that they often do not have the desired chemical and / or physical properties. Thus, natural aggregates often show a relatively uncontrolled water absorption. Furthermore, thermally produced, expanded industrial rock granules are constructed inhomogeneous, which can lead to a varying compressive strength. In addition, these often show an uncontrolled water absorption. Even industrial aggregates produced by roll agglomeration and sintering or pelleting often have an inhomogeneous structure due to the layered structure of sheaths around a core. Another undesirable feature is the uncontrolled hydration of not yet hydrated cement or lime, which can lead to undesirable properties of Baustoffendprodukts.
Des Weiteren können die Eigenschaften von herkömmlichen leichten Gesteinskörnungen, wie beispielsweise die Korngröße, das Schüttgewicht, die Kornrohdichte und die Korneigenfestigkeit, nicht oder kaum beeinflusst werden. Im Falle der thermisch hergestellten, geblähten industriellen Gesteinskörnungen kommt als weiterer Nachteil hinzu, dass das Glühen bzw. Sintern üblicherweise bei 12000C stattfindet und die Herstellung derselben daher mit einem hohen Energiebedarf bzw. hohen Kosten verbunden ist. Ferner ist die Bereitstellung natürlicher Ausgangsmaterialien aufgrund der erheblichen Beschaffungskosten wenig ökonomisch. Die Verwendung von natürlichen Gesteinskörnungen ist ferner aufgrund des Abbaus natürlicher Ressourcen und der damit verbundenen Emissionen auch aus ökologischer Sicht unbefriedigend. Des Weiteren weisen die durch Rollagglomeration und Sintern oder Pelletisierung hergestellten industriellen Gesteinskörnungen aus Aschen und Schlacken sowie Zement und Kalk den Nachteil auf, dass das Formen der entsprechenden Granulate aufgrund der Verwendung von speziellen Granuliereinrichtungen, wie beispielsweise einem Pelletierteller oder einer Granuliertrommel, apparativ aufwendig ist.Furthermore, the properties of conventional light aggregates such as grain size, bulk density, grain density and corepole strength can not or hardly be influenced. In the case of thermally produced, expanded industrial aggregates comes as a further disadvantage that the annealing or sintering usually takes place at 1200 0 C and the production thereof is therefore associated with a high energy consumption and high costs. Furthermore, the provision of natural starting materials is not very economical due to the considerable procurement costs. The use of natural aggregates is also unsatisfactory from an ecological point of view due to the degradation of natural resources and associated emissions. Furthermore, the industrial aggregates of ashes and slags as well as cement and lime produced by roll agglomeration and sintering or pelletization have the disadvantage that the molding of the corresponding granules due to the use of special Granuliereinrichtungen, such as a pelletizing or granulating, is expensive in terms of apparatus.
Angesichts der vorstehenden Nachteile der bisher bekannten leichten Gesteinskör- nungen liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, leichte Gesteinskörnungen für die Herstellung von Baustoffen bereitzustellen, die einfach, kostengünstig und Ressourcen- sowie umweltschonend herstellbar sind und ausgezeichnete chemische und physikalische Eigenschaften für eine Verwendung in Baustoffen aufweisen.In view of the above disadvantages of the previously known light rock aggregates, the present invention is therefore based on the object of providing lightweight aggregates for the production of building materials that are simple, cost-effective and resource-friendly and environmentally friendly to produce and excellent chemical and physical properties for use in Have building materials.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 4, 5, 6, 12, 13, 14, 18 und 19 angegebene, technische Lehre gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnungen weisen den Vorteil auf, dass diese auch bei unterschiedlichen Korngrößen vollkommen homogen aufgebaut sind, ein kontrolliertes Wasseraufnahmevermögen zeigen und bevorzugte chemische und/oder physikalische Eigenschaften für deren Einsatz in Baustoffen aufweisen. Ferner sind die erfindungsgemäßen Gesteinskörnungen kostengünstig herstellbar, weil diese bei niedrigen Temperaturen und mit einem geringen apparativen Aufwand produziert werden können und die verwendeten industriellen Nebenprodukte verhältnismäßig günstig sind und gegebenenfalls zusätzlich durch Entsorgungsprämien bezuschusst werden. Darüber hinaus wird durch die Verwendung dieser industriellen Nebenprodukte die Umwelt nachhaltig geschont.This object is achieved by the technical teaching specified in claims 1, 4, 5, 6, 12, 13, 14, 18 and 19. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims. The lightweight aggregates according to the invention have the advantage that they are completely homogeneous even with different particle sizes, show a controlled water absorption capacity and have preferred chemical and / or physical properties for their use in building materials. Furthermore, the aggregates according to the invention are inexpensive to produce, because they can be produced at low temperatures and with a low expenditure on equipment and the industrial by-products used are relatively cheap and may be additionally subsidized by disposal premiums. In addition, the use of these industrial by-products sustainably protects the environment.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnungen besteht darin, dass die chemischen und physikalischen Eigenschaften gezielt in Abhängigkeit ihrer zukünftigen Verwendung in einer großen Bandbreite eingestellt werden können. Die nachfolgende Tabelle 3 verdeutlicht den Einfluss der Ausgangsmaterialien, der Mischtechnik, des Reaktionswassers und des Additivs auf die Schüttdichte, Kornrohdichte, Korngrößenverteilung, Korneigenfestigkeit, Wasseraufnahme, Wärmeleitfähigkeit (λ-Wert) und den Gehalt an Kationen und Anionen. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung von Gesteinskörnungen kann daher die Eigenschaften einer gewünschten erfindungsgemäßen „Designerw-Gesteinskörnung gezielt einstellen. Another advantage of the lightweight aggregates according to the invention is that the chemical and physical properties can be adjusted in a targeted manner depending on their future use in a wide range. The following Table 3 illustrates the influence of the starting materials, the mixing technique, the reaction water and the additive on the bulk density, grain density, grain size distribution, Korneigenfestigkeit, water absorption, thermal conductivity (λ value) and the content of cations and anions. A person skilled in the art of producing aggregates can therefore adjust the properties of a desired "designer w aggregate grain" according to the invention in a targeted manner.
Tabelle 3. Haupteinflussfaktoren auf chemische und physikalische Eigenschaften der erfindunqsαemäßen GesteinskörnunqenTable 3. Main influencing factors on chemical and physical properties of the rock granules according to the invention
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein erstes Verfahren zur Herstellung einer leichten Gesteinskörnung, eine durch dieses Verfahren erhältliche, leichte Gesteinskörnung sowie deren Verwendung für Baustoffe.A first aspect of the present invention relates to a first method for producing a light aggregate, a lightweight aggregate obtainable by this method and their use for building materials.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung einer leichten, homogen aufgebauten Gesteinskörnung mit einer Kornrohdichte von < 2,0 kg/dm3 oder einer Schüttdichte von < 1,2 kg/dm3, bei dem zunächst ausschließlich Zement und ein oder mehrere industrielle Nebenprodukte, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Verbrennungsschlacken und -aschen und Gesteinsmehl, trocken vorgemischt werden. Dann werden Reaktionswasser und ein oder mehrere Additive zu der resultierenden trockenen Vormischung unter Mischen gegeben und die resultierende Reaktionsmischung bis zur Bildung der leichten Gesteinskörnung weiter gemischt und granuliert.A first subject of the present invention is therefore a process for the production of a lightweight, homogeneously constructed aggregate having a grain density of <2.0 kg / dm 3 or a bulk density of <1.2 kg / dm 3 , in which initially only cement and a or multiple industrial by-products selected from the group consisting of incineration slags and ash and rock meal, dry premixed. Then, water of reaction and one or more additives are added to the resulting dry premix with mixing, and the resulting reaction mixture is further mixed and granulated until formation of the light aggregate.
Gemäß der Erfindung kann jeder bekannte Zement verwendet werden, wobei Port- landzement oder Aluminatzement besonders geeignet sind. Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Festigkeit werden mit Zement der Qualität CEM 1 42,5 erreicht. Der Zement wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Menge von 8 bis 14 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 10 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller zugegebenen Komponenten, eingesetzt. Die im Einzelfall benötigte Menge an Zement ergibt sich im Wesentlichen aus der Korneigenfestigkeit der eingesetzten Materialien und der gewünschten Druckfestigkeit der endgültigen Gesteinskörnung und kann von einem Fachmann ohne Weiteres bestimmt werden.According to the invention, any known cement can be used, with Portland cement or Aluminatzement are particularly suitable. Particularly good results in terms of strength are achieved with CEM 1 42.5 grade cement. The cement is used in the process according to the invention in an amount of 8 to 14 wt .-%, particularly preferably in an amount of 10 to 12 wt .-%, based on the total weight of all added components. The amount of cement required in an individual case essentially results from the resistance of the grain the materials used and the desired compressive strength of the final aggregate and can be readily determined by one skilled in the art.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten industriellen Nebenprodukte sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Verbrennungsschlacken und -aschen, insbesondere Verbrennungsschlacken und -aschen, die bei der Verbrennung von Kohle anfallen, beispielsweise in Kraftwerken bei der Steinkohleverbrennung, wie Kesselsand, Steinkohleasche und Flugasche, sowie Papierasche und Filterstäube bzw. Rückstände aus der Abgasreinigung (Ofenfilterstäube), und Gesteinsmehl, insbeson- dere Gesteinsmehl aus der Keramik- oder Steinherstellung bzw. der Keramik- oder Steinverarbeitung, und Feinanteile aus der Sand- und Kiesaufbereitung, Nebenprodukte aus der Kalkgewinnung, der Papierherstellung, der Verhüttung von Eisen- und Nichteisenprodukten, sowie Nebenprodukte, die in der Gießereiindustrie anfallen. Vorzugsweise wird die eine oder die mehreren Verbrennungsschlacken und -aschen in Kombination mit einem Gesteinsmehl verwendet.The industrial by-products used in the process according to the invention are selected from the group consisting of incineration slags and ash, in particular incineration slags and ash resulting from the combustion of coal, for example in power plants in hard coal combustion, such as boiler sand, coal coke and fly ash, and paper ash and Filter dusts or residues from the exhaust gas cleaning (furnace filter dusts), and rock flour, in particular rock flour from the ceramic or stone production or the ceramic or stone processing, and fine particles from the sand and gravel processing, by-products from the lime production, papermaking, Smelting of ferrous and non-ferrous products and by-products of the foundry industry. Preferably, the one or more combustion slags and pockets are used in combination with a rock meal.
Die Auswahl der im Einzelfall eingesetzten industriellen Nebenprodukte richtet sich nach verschiedenen Kriterien, wie beispielsweise Homogenität, Schüttgewicht, Freikalkgehalt, Schwermetallgehalt und Gehalt an anderen Stoffen, wie Chlor und Schwefel. Wichtigster Parameter für eine gleichbleibende Qualität der erfindungsgemäßen leichten Gesteinskömungen ist dabei der Freikalkgehalt, da der Kalk als Bindemittel wirkt und mit den flüssigen Komponenten in einem bestimmten Verhältnis in Beziehung steht. Dieser sollte daher regelmäßig bestimmt und die weiteren eingesetzten Ausgangsmaterialien entsprechend angepasst werden. Ebenfalls sehr wichtig im Rahmen der Qualitätssicherung und -kontrolle ist die Bestimmung der Konzentration von Oxidverbindungen in den industriellen Nebenprodukten, wie AI2O3, CaO, Fe2O3, SiO2 und Na2O, K2O und MgO, sowie die Bestimmung des Schwermetallgehalts und des Gehalts an anderen Stoffen, wie Chlor und Schwefel. Im Hinblick auf die Verwendung der Gesteinskörnungen in Baustoffen ist der Schadstoffgehalt der Nebenprodukte besonders wichtig, da die Baustoffe gesundheitlich unbedenklich und die gesetzlichen Vorschriften, wie etwa die für Baustoffe vorgeschriebenen Grenzwerte nach DIN und EU-Normen, erfüllen müssen. Daher sollten die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten industriellen Nebenprodukte permanent hinsichtlich des Schadstoffgehalts überwacht werden.The selection of industrial by-products used in individual cases depends on various criteria, such as homogeneity, bulk density, free chalk content, heavy metal content and content of other substances, such as chlorine and sulfur. The most important parameter for a constant quality of the light rock streams according to the invention is the free-lime content, since the lime acts as a binder and is related to the liquid components in a specific ratio. This should therefore be determined regularly and the other starting materials used to be adjusted accordingly. Also very important in the context of quality assurance and control is the determination of the concentration of oxide compounds in the industrial by-products, such as Al 2 O 3 , CaO, Fe 2 O 3 , SiO 2 and Na 2 O, K 2 O and MgO, and the Determination of the heavy metal content and the content of other substances, such as chlorine and sulfur. With regard to the use of aggregates in building materials, the pollutant content of the by-products is particularly important, since the building materials must be harmless to health and comply with statutory regulations, such as the DIN and EU standards prescribed for building materials. Therefore, the industrial by-products used in the process according to the invention should be permanently monitored for pollutant content.
Das industrielle Nebenprodukt wird vorzugsweise in einer Menge von 40 bis 90 Gew.- %, bevorzugter in einer Menge von 60 bis 90 Gew.-% und insbesondere in einer Menge von 70 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller zugegebenen Komponenten, eingesetzt.The industrial by-product is preferably used in an amount of 40 to 90% by weight, more preferably in an amount of 60 to 90% by weight, and especially in one Amount of 70 to 90 wt .-%, based on the total weight of all added components used.
Die industriellen Nebenprodukte beeinflussen die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnungen, insbesondere die Schüttdichte, die Kornrohdichte, die Korneigenfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit. Auch die chemischen Eigenschaften werden durch die industriellen Nebenprodukte beeinflusst. Diese haben beispielsweise eine Bedeutung im Hinblick auf mögliche Reaktionen bei der Einbindung in die Zement-Matrix, insbesondere bei wiederkehrendem Kontakt mit Feuchtigkeit. Ferner können säurebildende Bestandteile in den industriellen Nebenprodukten gegebenenfalls zur Korrosion von Armierungen in Betonprodukten führen.The industrial by-products influence the physical properties of the lightweight aggregates of the invention, in particular the bulk density, the grain density, the grain endurance and the thermal conductivity. The chemical properties are also influenced by the industrial by-products. These have, for example, an importance with regard to possible reactions in the integration into the cement matrix, in particular with recurring contact with moisture. In addition, acid-forming components in the industrial by-products may eventually lead to the corrosion of reinforcements in concrete products.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden ferner Reaktionswasser und ein oder mehrere Additive zugegeben. Als Reaktionswasser kann Leitungswasser verwendet wer- den. Die Menge des Reaktionswassers liegt üblicherweise im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 7 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller zugegebenen Komponenten.Reaction water and one or more additives are also added in the process according to the invention. Tap water can be used as reaction water. The amount of water of reaction is usually in the range of 1 to 30 wt .-%, in particular in the range of 5 to 20 wt .-%, preferably in the range of 7 to 15 wt .-%, based on the total weight of all added components.
Das Additiv ist aus der Gruppe bestehend aus Fließmitteln, Porenbildnern, Schaumbildnern, Erstarrungsbeschleunigern, Sedimentationsreduzierern oder einer Mischung davon ausgewählt. Ein geeignetes Fließmittel ist beispielsweise Sika Addiment- Produkt ViscoCrete-20 Gold. Als Porenbildner kann beispielsweise Sika Addiment- Produkt LPS A-94 eingesetzt werden. Ein geeigneter Schaumbildner ist unter anderen Sika Addiment-Produkt SB2 oder SB41 TM. Als Erstarrungsbeschleuniger kann beispielsweise Sika Addiment-Produkt Sigunit 49 AF verwendet werden. Ein bevorzugter Sedimentationsreduzierer ist Sika Addiment-Produkt Sika Control-5 SVB. Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eingesetztes Additiv ist Natriumhypochlorid, das als Fließmittel und zur Verschiebung des pH-Werts in den alkalischen Bereich dient.The additive is selected from the group consisting of flow agents, pore formers, foaming agents, solidification accelerators, sedimentation reducers, or a mixture thereof. A suitable flow agent is, for example, Sika Addiment product ViscoCrete-20 Gold. For example, Sika Addiment Product LPS A-94 can be used as a pore former. A suitable foaming agent is, among others, Sika Addiment product SB2 or SB41 ™. As a solidification accelerator, for example, Sika add-on product Sigunit 49 AF can be used. A preferred sedimentation reducer is Sika Addiment product Sika Control-5 SVB. An additive which is preferably used in the context of the present invention is sodium hypochlorite, which serves as a flow agent and for shifting the pH to the alkaline range.
Die Menge des Additivs macht maximal 3 Gew.-% der zugegebenen Menge an Reaktionswasser aus. Üblicherweise wird das Additiv in einer Menge von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 0,1 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller zugegebenen Komponenten, eingesetzt. Die Menge des im Einzelfall zugegebenen Reaktionswassers und Additivs, richtet sich in erster Linie nach dem Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials, der Konzentration bestimmter Komponenten im Ausgangsmaterial und den gewünschten chemischen und physikali- schen Eigenschaften der herzustellenden, leichten Gesteinskörnung und kann von einem Fachmann ohne Weiteres durch entsprechende Versuche bestimmt werden.The amount of the additive makes up at most 3% by weight of the added amount of water of reaction. Usually, the additive is used in an amount of 0.01 to 1.0 wt .-%, in particular in an amount of 0.1 to 0.3 wt .-%, based on the total weight of all added components. The amount of reaction water and additive added in the individual case depends primarily on the moisture content of the starting material, the concentration of certain components in the starting material and the desired chemical and physical properties. characteristics of the lightweight aggregate to be produced and can be readily determined by a person skilled in the art by appropriate tests.
Das Reaktionswasser und das Additiv werden vorzugsweise als Mischung zu der trockenen Vormischung gegeben. Vor der Verwendung kann die Mischung des Reaktionswassers und des Additivs auch in einem separaten Tank bevorratet werden.The water of reaction and the additive are preferably added as a mixture to the dry premix. Before use, the mixture of the water of reaction and the additive can also be stored in a separate tank.
Die Menge des verwendeten Reaktionswassers und die Menge und Art des verwendeten Additivs, beeinflussen direkt die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen leichten Gesteinskörnung. So kann durch das Reaktionswasser insbesondere die Korngrößenverteilung, die Korneigenfestigkeit und die Wasseraufnahme beeinflusst werden, während sich das Additiv insbesondere auf die Schüttdichte, die Kornrohdichte, die Korngrößenverteilung und den λ-Wert auswirken.The amount of water of reaction used and the amount and type of additive used directly affect the physical properties of the resulting lightweight aggregate. Thus, the reaction water in particular the particle size distribution, the Korneigenfestigkeit and the water absorption can be influenced, while the additive in particular on the bulk density, the grain density, the grain size distribution and the λ-value.
Vorzugsweise werden in dem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren Zement in einer Menge von 10 bis 12 Gew.-%, eine Mischung verschiedener industrieller Nebenprodukte, nämlich 20 bis 50 Gew.-% Flugasche, 20 bis 40 Gew.-% Kesselsand und 20 bis 40 Gew.-% Gesteinsmehl, sowie 15 bis 25 Gew.-% Reaktionswasser in Abhängigkeit von der Restfeuchte der Materialien, bevorzugt 20 Gew.- % Reaktionswasser, und 0,1 bis 0,3 Gew.-% Additiv, bezogen auf das Gesamtgewicht aller zugegebenen Komponenten, verwendet.Preferably, in the process of the invention described above, cement in an amount of 10 to 12% by weight, a mixture of various industrial by-products, namely 20 to 50% by weight flyash, 20 to 40% by weight boiler edge and 20 to 40% Wt .-% rock flour, and 15 to 25 wt .-% water of reaction as a function of the residual moisture content of the materials, preferably 20% by weight of water of reaction, and 0.1 to 0.3 wt .-% additive, based on the total weight of all added components.
Neben der Menge und Art der Ausgangsmaterialien kommt auch der verwendeten Mischtechnik eine wichtige Bedeutung bei der erfϊndungsgemäßen Herstellung aller im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen leichten Gesteinskörnungen zu. So werden beispielsweise die Oberflächenbeschaffenheit, die Form und Größe und die Druckfestigkeit der leichten Gesteinskörnungen in besonderem Maße durch die Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit der Misch Werkzeuge sowie die Mischdauer beeinflusst.In addition to the amount and type of starting materials, the mixing technique used also plays an important role in the production according to the invention of all light aggregates described in the context of the present invention. Thus, for example, the surface texture, the shape and size and the compressive strength of the lightweight aggregates are particularly influenced by the speed or rotational speed of the mixing tools and the mixing time.
In den im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren können für alle Misch- bzw. Granulierschritte speziell dafür ausgerüstete Mischvorrichtungen, wie Batch- oder Durchlaufmischer, verwendet werden. Im Falle von Batchmischern sollten diese für den hohen Eintrag von Energie am Anfang des Mischprozesses zusätz- lieh mit Agitatoren ausgerüstet sein. Kommt ein Durchlaufmischer zum Einsatz, so sollten die trockenen Ausgangsmaterialien zunächst in einem beliebigen Mischer trocken vorgemischt werden. Das Reaktionswasser wird dann dem trockenen Mischgut im Durchlaufmischer zugesetzt. Die verwendeten Mischvorrichtungen sind vor- zugsweise mit Messsonden ausgestattet, die eine computergestützte Überwachung der Feuchtigkeit und Temperatur während des gesamten Herstellungsverfahrens erlauben. Zusammen mit anderen erfassten Parametern, wie Zeitdauer, Drehzahl, etc., kann eine optimale Prozessteuerung erreicht und das Verfahren weitgehend automatisiert werden.In the processes described in the context of the present invention, it is possible to use for all mixing or granulation steps specially equipped mixing devices, such as batch or continuous mixers. In the case of batch mixers, these should be additionally equipped with agitators for the high input of energy at the beginning of the mixing process. If a continuous mixer is used, the dry starting materials should first be premixed dry in any mixer. The water of reaction is then added to the dry mix in the continuous mixer. The mixing devices used are equipped with probes that allow computer-aided monitoring of humidity and temperature throughout the manufacturing process. Together with other recorded parameters such as time duration, speed, etc., an optimal process control can be achieved and the process can be largely automated.
Das trockene Vormischen in dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vorzugsweise bei einer Drehzahl von 150 bis 250 U/min, insbesondere bei einer Drehzahl von 150 bis 200 U/min. Es wird so lange gemischt, bis eine vollkom- men homogene trockene Vormischung vorliegt. Die Mischdauer beträgt vorzugsweise 2 bis 5 min, besonders bevorzugt 2,5 bis 4 min. Eine bevorzugte Kombination von Drehzahl und Mischdauer ist 200 U/min für 3 min. Zum Mischen wird vorzugsweise ein vertikaler Einwellenmischer verwendet.The dry premixing in the method according to the invention described above is preferably carried out at a speed of 150 to 250 U / min, in particular at a speed of 150 to 200 U / min. The mixture is mixed until a completely homogeneous dry premix is present. The mixing time is preferably 2 to 5 minutes, more preferably 2.5 to 4 minutes. A preferred combination of speed and mixing time is 200 rpm for 3 min. For mixing, a vertical single-shaft mixer is preferably used.
Der Schritt des Zugebens des Reaktionswasser und des Additivs erfolgt vorzugsweise unter Rühren bzw. Mischen bei einer Drehzahl von 350 bis 750 U/min., insbesondere 350 bis 550 U/min. Die Mischdauer beträgt typischerweise 20 s bis 3 min. Bei der Verwendung eines Batchmischers wird das Reaktionswasser und das Additiv kontinuierlich über einen bestimmten Zeitraum, üblicherweise 20 bis 60 s, insbesondere 20 bis 30 s, zugegeben. Bei der Verwendung eines Durchlaufmischers wird das Reaktionswasser und das Additiv kontinuierlich während der gesamten Produktion zugegeben. Das Reaktionswasser und das Additiv werden vorzugsweise über eine Düse in die Mischvorrichtung eingespritzt, wobei die Menge des eingespritzten Reaktionswassers und/oder Additivs beispielsweise mittels eines Durchflussmengenzählers erfasst werden kann.The step of adding the water of reaction and the additive is preferably carried out with stirring or mixing at a speed of 350 to 750 U / min., In particular 350 to 550 U / min. The mixing time is typically 20 seconds to 3 minutes. When using a batch mixer, the water of reaction and the additive is continuously added over a certain period of time, usually 20 to 60 seconds, especially 20 to 30 seconds. When using a continuous mixer, the water of reaction and the additive are added continuously throughout the production. The reaction water and the additive are preferably injected via a nozzle into the mixing device, wherein the amount of the injected reaction water and / or additive can be detected for example by means of a flow meter.
Das Mischen bzw. Granulieren der nach der Zugabe des Reaktionswassers und des Additivs zu der trockenen Vormischung erhaltenen Reaktionsmischung erfolgt in einem Batchmischer oder einem Durchlaufmischer, wobei ein Batchmischer vorzugs- weise zusätzlich Agitatoren für den Eintrag von mechanischer Energie zu Beginn des Mischvorgangs aufweist. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bei der Bildung der leichten Gesteinskörnungen für das Formen der leichten Gesteinskörnungen keine zusätzlichen Granuliereinrichtungen, wie beispielsweise ein Granulierteller oder eine Granuliertrommel, als „formende" Mittel verwendet. Die leichten Gesteins- körnungen werden vielmehr direkt in dem Mischer bzw. Granulierer ohne weiteren Verfahrensschritt erzeugt. Für die Agglomeration, d.h. das Zusammenbacken, der feinen Partikel in der Reaktionsmischung während des Mischvorgangs wird die dabei frei werdende Hydratationsenergie genutzt, so dass keine Wärme von außen zuge¬ führt werden muss.The mixing or granulation of the reaction mixture obtained after the addition of the water of reaction and the additive to the dry premix takes place in a batch mixer or a continuous mixer, wherein a batch mixer preferably additionally comprises agitators for the input of mechanical energy at the beginning of the mixing process. According to the method of the invention, in the formation of the light aggregates for the formation of the light aggregates, no additional granulating means such as a granulating dish or a granulating drum are used as "forming" means, rather the light rock granules are directly in the mixer or granulator The agglomeration, ie the caking, of the fine particles in the reaction mixture during the mixing process is thereby added used free hydration energy, so that no heat must be supplied from the outside ¬ leads.
Das Granulieren erfolgt bei einer im Vergleich zum Mischen beim Zugeben des Reak- tionswassers und des Additivs geringeren Drehzahl, beispielsweise bei einer Drehzahl von 150 bis 250 U/min, insbesondere bei 150 bis 200 U/min, direkt im Mischer. Das Mischen und Granulieren erfolgt solange, bis sich die leichte Gesteinskörnung bildet, üblicherweise für etwa 1,5 bis 5 min. Bei der Verwendung von Batchmischern beträgt die Mischdauer in der Regel 3 bis 5 min, insbesondere 4 bis 5 min. Bei der Verwen- düng von Durchlaufmischern hängt die Misch- und Granulierdauer direkt von derThe granulation is carried out at a lower speed compared to the mixing when adding the reaction water and the additive, for example at a speed of 150 to 250 U / min, in particular at 150 to 200 U / min, directly in the mixer. The mixing and granulation is done until the light aggregate forms, usually for about 1.5 to 5 minutes. When using batch mixers, the mixing time is generally 3 to 5 minutes, in particular 4 to 5 minutes. When using continuous mixers, the mixing and granulation time depends directly on the
Drehzahl des Mischers und von der Dosiergeschwindigkeit des trocken vorgemischten Materials ab. Bei optimal eingestellten Parametern beträgt die Verweildauer im Durchlaufmischer üblicherweise zwischen 1,5 und 3 min.Speed of the mixer and the dosing of the dry premixed material. With optimally adjusted parameters, the residence time in the continuous mixer is usually between 1.5 and 3 minutes.
Die am Ende des Misch- und Granulierschritts erhaltene leichte Gesteinskörnung kann ferner einer Fraktionierung unterzogen werden. Dazu können Siebvorrichtungen mit unterschiedlichen Maschen- und Lochabmessungen verwendet werden. Bevorzugte Siebvorrichtungen sind Drahtsiebe, Lochsiebe, Trommelsiebe und Siebdecks. Vorzugsweise wird die leichte Gesteinskörnung vor dem Fraktionieren zwischengela- gert, besonders bevorzugt für mindestens 12 h, insbesondere für 12 bis 48 h, um die leichte Gesteinskörnung auszuhärten. Werden 12 h unterschritten, ist die leichte Gesteinskörnung nicht hart genug, so dass die Siebe verkleben. Werden 48 h überschritten, haften die Pellets der leichten Gesteinskörnung leicht aneinander und lassen sich beim Sieben nicht mehr gut voneinander lösen.The light aggregate obtained at the end of the mixing and granulating step may further be subjected to fractionation. For this purpose, sieve devices with different mesh and hole dimensions can be used. Preferred screening devices are wire screens, perforated screens, drum screens and screen decks. Preferably, the light aggregate is temporarily stored prior to fractionation, more preferably for at least 12 hours, especially for 12 to 48 hours, to cure the light aggregate. If it falls below 12 h, the light aggregate is not hard enough so that the sieves stick together. If they are exceeded for 48 h, the pellets of the light aggregate easily adhere to one another and can no longer be separated well when sieving.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine durch das oben beschriebene Verfahren erhältliche leichte Gesteinskörnung. Die mittlere Korngröße der erfindungsgemäßen Gesteinskörnung beträgt typischerweise 0,1 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 5 mm. Die Schüttdichte liegt üblicherweise im Bereich von 0,6 bis 1,7 kg/dm3, insbesondere im Bereich von 0,7 bis 1,2 kg/dm3. Die mittlere Kornrohdichte beträgt üblicherweise 0,9 bis 1,9 kg/dm3, insbesondere 1,0 bis 1,5 kg/dm3. Die Korneigenfestigkeit der erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnung liegt typischerweise im Bereich von 3,5 bis 25 N/mm2, insbesondere 10 bis 20 N/mm2.Another object of the present invention is a lightweight aggregate obtainable by the above-described method. The mean grain size of the aggregate according to the invention is typically 0.1 to 10 mm, in particular 1 to 5 mm. The bulk density is usually in the range of 0.6 to 1.7 kg / dm 3 , in particular in the range of 0.7 to 1.2 kg / dm 3 . The mean grain density is usually 0.9 to 1.9 kg / dm 3 , in particular 1.0 to 1.5 kg / dm 3 . The grain endurance of the lightweight aggregate according to the invention is typically in the range of 3.5 to 25 N / mm 2 , in particular 10 to 20 N / mm 2 .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnung zur Herstellung von Baustoffen, die vorzugsweise die Norm nach DIN EN 13 0 55-1 erfüllen. Die fraktionierten leichten Gesteinskörnungen werden vorzugsweise nicht sofort, sondern frühestens nach 3 Tagen zur Herstellung der Baustoffe verwendet, da die leichten Gesteinskörnungen erst nach dieser Zeitdauer etwa 85% ihrer endgültigen Härte erreichen und die Hydratation weitgehend abgeschlossen ist. Werden die leichten Gesteinskörnungen früher verwendet, entziehen diese dem aushärtenden Baustoff, wie einem Stein, Reaktionswasser, was zu einer wesentlich geringeren Druckfestigkeit führt.Another object of the present invention relates to the use of the light aggregate according to the invention described above for the production of building materials, which preferably meet the standard according to DIN EN 13 0 55-1. The fractionated light aggregates are preferably not immediately, but At the earliest after 3 days, they are used for the production of the building materials, since the light aggregates only reach about 85% of their final hardness after this period of time and the hydration is largely completed. If the light aggregates are used earlier, they withdraw water of reaction from the hardening building material, such as a stone, which leads to a considerably lower pressure resistance.
Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnungen in Baustoffen, ausgewählt aus Leichtestrich, Leichtmörtel, Leichtputz, Leichtbeton, insbe- sondere Leichtbeton LC 16 / 18 oder LC 20 / 28, Füllungen für Steine, Mauersteinen, Drainplatten und -schichten, Dämmplatten und -schichten, und Tragschichten unter Fußböden, insbesondere Tragschichten unter Industriefußböden, verwendet. Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnungen in Leichtestrich, Leichtmörtel, Leichtputz oder Leichtbeton eingesetzt.Preferably, the lightweight aggregates of the invention in building materials selected from light screed, light mortar, light plaster, lightweight concrete, in particular lightweight concrete LC 16/18 or LC 20/28, fillings for stones, bricks, drain boards and layers, insulation boards and layers, and Base layers under floors, in particular base layers under industrial floors used. The lightweight aggregates according to the invention are particularly preferably used in light screed, light mortar, light plaster or lightweight concrete.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein zweites alternatives Verfahren zur Herstellung einer leichten Gesteinskörnung, eine durch dieses Verfahren erhältliche leichte Gesteinskörnung sowie deren Verwendung für Baustoffe.A second aspect of the present invention relates to a second alternative method for producing a light aggregate, a lightweight aggregate obtainable by this method and their use for building materials.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer leichten Gesteinskörnung, die zusätzlich zu Zement und industriellen Nebenprodukten beschichtete Fasern enthält und ein Kornrohdichte von < 2,0 kg/dm3 oder eine Schüttdichte von < 1,2 kg/dm3 aufweist.Accordingly, another object of the present invention is an alternative process for producing a lightweight aggregate containing fibers coated in addition to cement and industrial by-products and having a bulk density of <2.0 kg / dm 3 or a bulk density of <1.2 kg / dm 3 has.
Bei diesem Verfahren werden in einem ersten Schritt zunächst Fasern mit anorganischen Kristallen beschichtet, indem die Fasern mit ungelöschtem Kalk oder feinem Aluminiumpulver und Zement trocken vorgemischt und anschließend Reaktionswasser sowie ein oder mehrere erste Additive zugegeben werden, gefolgt vom Lagern zum Abkühlen und Ausreagieren der resultierenden beschichteten Fasern.In this method, in a first step, fibers are first coated with inorganic crystals by dry premixing the fibers with quicklime or fine aluminum powder and cement and then adding water of reaction and one or more first additives, followed by storage to cool and reactivate the resulting coated layer fibers.
Bei diesem exothermen Beschichtungsschritt, bei dem sich die Temperatur der Reaktionsmischung auf bis zu 9O0C erhöhen kann, wachsen auf der Oberfläche der als Substrat wirkenden Fasern feinste anorganische Kristalle. So nehmen Kalk und Zement im feuchten Medium Kohlendioxid aus der Luft auf und werden zu Salzen der Kohlensäure (Carbonate). Entsprechend entstehen bei der alternativen Verwendung von feinem Aluminiumpulver Aluminosilikat-, Aluminiumcarbonat- und Aluminiumoxidkristalle. Die auf diese Weise mit Calciumcarbonat- und Calciumoxidkristallen bzw. Aluminosilikat- und Aluminiumcarbonat- und Aluminiumoxidkristallen beschich- teten Fasern übernehmen in der nachfolgend hergestellten leichten Gesteinskörnung die Funktion von Armierungsprodukten und verleihen der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten, leichten Gesteinskörnung eine zusätzliche Biegezugfestigkeit bei reduziertem spezifischen Gewicht.In this exothermic coating step, in which the temperature of the reaction mixture can increase to up to 9O 0 C, grow on the surface of the acting as a substrate fibers finest inorganic crystals. For example, lime and cement absorb carbon dioxide from the air in a moist medium and become carbonic acid salts (carbonates). Accordingly, in the alternative use of fine aluminum powder, aluminosilicate, aluminum carbonate and alumina crystals are formed. The coatings coated in this way with calcium carbonate and calcium oxide or aluminosilicate and aluminum carbonate and aluminum oxide crystals. In the subsequently produced lightweight aggregate, fibers take over the function of reinforcing products and give the lightweight aggregate produced by the process according to the invention an additional flexural tensile strength with reduced specific weight.
Das feine Aluminiumpulver, das anstelle von Kalk eingesetzt werden kann, führt aufgrund der höheren Reaktivität zu einer sehr feinen und homogenen anorganischen Beschichtung, die noch besser ist als diejenigen mit ungelöschtem Kalk. Aluminiumpulver kann allerdings wegen der hohen Brand- und Explosionsgefahr nur mit größter Sorgfalt feucht verarbeitet werden.The fine aluminum powder, which can be used instead of lime, due to the higher reactivity leads to a very fine and homogeneous inorganic coating, which is even better than those with quicklime. However, due to the high risk of fire and explosion, aluminum powder can only be processed wet with great care.
Die Menge des in dem ersten Schritt verwendeten Zements, der wie oben definiert ist, beträgt vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, insbesondere 12 bis 18 Gew.-% und besonders bevorzugt 16 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im ersten Schritt zugegebenen Komponenten. Die Menge des ungelöschten Kalks oder des feinen Aluminiumpulvers beträgt vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, insbesondere 12 bis 18 Gew.-% und besonders bevorzugt 16 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im ersten Schritt zugegebenen Komponenten.The amount of cement used in the first step, as defined above, is preferably 10 to 20% by weight, more preferably 12 to 18% by weight, and most preferably 16% by weight, based on the total weight of all in the first Step added components. The amount of the quicklime or the fine aluminum powder is preferably 10 to 20% by weight, more preferably 12 to 18% by weight, and most preferably 16% by weight, based on the total weight of all the components added in the first step.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Fasern sind vorzugsweise pflanzliche Fasern. Besonders geeignete Fasern sind Cellulosefasem. Am meisten bevorzugt werden Papierfangstoffe eingesetzt, insbesondere hochaufgeschlossene Papierfangstoffe. Die Fasern machen vorzugsweise 40 bis 75 Gew.-%, bevorzugter 50 bis 65 Gew.-%, insbesondere 55 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 63 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im ersten Schritt zugegebenen Komponenten, aus.The fibers used in the process according to the invention are preferably vegetable fibers. Particularly suitable fibers are cellulose fibers. Paper scavengers are most preferably used, especially high-definition paper scavengers. The fibers preferably constitute from 40 to 75% by weight, more preferably from 50 to 65% by weight, in particular from 55 to 60% by weight and particularly preferably 63% by weight, based on the total weight of all components added in the first step ,
Als Reaktionswasser kann beispielsweise Leitungswasser in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 2 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im ersten Schritt zugegebenen Komponenten, zugegeben werden. Die Menge des zugegebenen Reaktionswasser variiert in Abhängigkeit der Restfeuchte in den im ersten Schritt zugegebenen nicht-flüssigen Komponenten, wobei die Gesamtmenge an Wasser, d.h. die Menge an Reaktionswasser und die Restfeuchte, 6 bis 9 Gew.-%, insbesondere 6 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im ersten Schritt zugegebenen Komponenten, ausmacht.As reaction water, for example tap water in an amount of 1 to 10 wt .-%, in particular 2 to 6 wt .-%, based on the total weight of all components added in the first step, are added. The amount of water of reaction added varies depending on the residual moisture in the non-liquid components added in the first step, the total amount of water, i.e., the total amount of water added. the amount of water of reaction and the residual moisture, 6 to 9 wt .-%, in particular 6 to 8 wt .-%, based on the total weight of all components added in the first step, makes up.
Das erste Additiv ist wie oben definiert. Ein besonders bevorzugtes erstes Additiv ist Natriumhypochlorid. Das Natriumhypochlorid wird üblicherweise als 0,1%-ige Lösung in dem Reaktionswasser verwendet. Die Menge des zugegebenen ersten Additivs macht maximal 0,3 Gew.-% der zugegebenen Menge an Reaktionswasser aus. Das erste Additiv wird folglich üblicherweise in einer Menge von 0,01 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im ersten Schritt zugegebenen Komponenten, zugegeben.The first additive is as defined above. A particularly preferred first additive is sodium hypochlorite. The sodium hypochlorite is usually used as a 0.1% solution used in the reaction water. The amount of the first additive added accounts for at most 0.3% by weight of the added amount of water of reaction. Accordingly, the first additive is usually added in an amount of 0.01 to 0.25% by weight, in particular 0.1 to 0.2% by weight, based on the total weight of all components added in the first step.
Das Reaktionswasser und das Additiv werden vorzugsweise als Mischung zu der trockenen Vormischung gegeben. Vor der Verwendung kann die Mischung des Reaktionswassers und des ersten Additivs auch in einem separaten Tank bevorratet wer- den.The water of reaction and the additive are preferably added as a mixture to the dry premix. Before use, the mixture of the reaction water and the first additive can also be stored in a separate tank.
Die Menge des Reaktionswassers und des ersten Additivs richtet sich nach der in den Ausgangsmaterialien enthaltenen Restfeuchte und dem gewünschten Beschichtungs- grades. Wird die Reaktionsmischung zu nass oder zu wenig feucht angesetzt, findet das Abscheiden der Calciumcarbonat- und Calciumoxidkristalle nur unvollständig oder überhaupt nicht statt. Ein Fachmann kann die geeignete Menge an einzusetzendem Reaktionswasser und Additiv leicht durch Versuche ermitteln.The amount of water of reaction and of the first additive depends on the residual moisture contained in the starting materials and the desired degree of coating. If the reaction mixture is too wet or too little wet, the precipitation of the calcium carbonate and calcium oxide crystals takes place only incompletely or not at all. A person skilled in the art can easily determine the appropriate amount of water of reaction and additive to be used by experiments.
In dem ersten Schritt des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch wenigstens eine der oben definierten Verbrennungsschlacken oder -aschen in einer Menge von 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, insbesondere 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im ersten Schritt eingesetzten Komponenten, eingesetzt. Eine besonders bevorzugte Verbrennungsasche ist Flugasche. Hinsichtlich der Auswahl der im Einzelfall verwen- deten Verbrennungsschlacken und -aschen gilt das oben Gesagte entsprechend.In the first step of the second process according to the invention, according to a preferred embodiment, at least one of the combustion slags or ash defined above is also present in an amount of 0 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight, in particular 30% by weight. based on the total weight of all components used in the first step. A particularly preferred combustion ash is fly ash. With regard to the selection of the incineration slags and ash used in the individual case, the above applies accordingly.
Vorzugsweise werden in dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren Fasern in einer Menge von 50 bis 65 Gew.-%, ungelöschter Kalk oder feines Aluminiumpulver in einer Menge von 12 bis 18 Gew.-%, Zement in einer Menge von 12 bis 18 Gew.-%, gegebenenfalls Verbrennungsschlacken und -aschen in eine Menge von 0 bis 5 Gew.- %, Reaktionswasser in eine Menge von 6 bis 9 Gew.-% und das erste Additiv in einer Menge von 0,1 bis 0,25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im ersten Schritt zugegebenen Komponenten, verwendet.Preferably, in the second process of the present invention, fibers in an amount of from 50 to 65% by weight, quicklime or fine aluminum powder in an amount of from 12 to 18% by weight, cement in an amount of from 12 to 18% by weight, optionally combustion slags and ash in an amount of 0 to 5% by weight, water of reaction in an amount of 6 to 9 wt .-% and the first additive in an amount of 0.1 to 0.25 wt .-%, based on the total weight of all components added in the first step.
Das Lagern der resultierenden beschichteten Fasern erfolgt vorzugsweise für wenigstens 12 h, besonders bevorzugt für 12 bis 48 h und am meisten bevorzugt für 24 h. In dieser Zeit kommt es zu einem Ausreagieren der auf die oben beschriebene Art und Weise beschichteten Fasern, was sich im Hinblick auf die weitere Verarbeitung der Fasern positiv auswirkt. Der Schritt des Abkühlens und Lagerns ist erforderlich, da zu warmes Material die puzzolane Reaktion im Folgeschritt zur leichten Gesteinskörnung beschleunigen würde. Die leichten Gesteinskörnungen werden dann zu schnell hart und erreichen bei weitem nicht die angestrebten Korneigenfestigkeiten.The storage of the resulting coated fibers is preferably for at least 12 hours, more preferably for 12 to 48 hours, and most preferably for 24 hours. During this time, the fibers coated in the manner described above will react, which will result in further processing the fibers have a positive effect. The step of cooling and storage is required because too hot material would accelerate the pozzolanic reaction in the subsequent step to light aggregate. The light aggregates then harden too quickly and by far do not reach the target coral strength.
Das trockene Vormischen im ersten Schritt des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise bei einer Drehzahl von 100 bis 300 U/min, insbesondere bei einer Drehzahl von 150 bis 250 U/min, durchgeführt. Das trockene Vormischen im ersten Schritt erfolgt bis zur Homogenität, vorzugsweise für eine Zeitdauer von 1 bis 4 min, insbesondere für eine Zeitdauer von 1,5 bis 2 min. Vorzugsweise wird für das trockene Vormischen ein Batchmischer mit hohem Energieeintrag verwendet, der gegebenenfalls mit Agitatoren versehen ist.The dry premixing in the first step of the second process according to the invention is preferably carried out at a speed of 100 to 300 rpm, in particular at a speed of 150 to 250 rpm. The dry premixing in the first step takes place until homogeneous, preferably for a period of 1 to 4 minutes, in particular for a period of 1.5 to 2 minutes. Preferably, a high energy input batch mixer, optionally provided with agitators, is used for dry premixing.
Das Zugeben des Reaktionswassers und des ersten Additivs im ersten Schritt erfolgt kontinuierlich über einen bestimmten Zeitraum, vorzugsweise über 15 s bis 2 min, besonders bevorzugt über 30 bis 60 s. Während des Zugebens des Reaktionswassers und des Additivs wird vorzugsweise mit einer Drehzahl von 100 bis 300 U/min, insbesondere 150 bis 250 U/min, gemischt. Das Reaktionswasser und das erste Additiv werden dabei vorzugsweise über eine Düse in die Mischvorrichtung eingespritzt, wobei die Menge des eingespritzten Reaktionswassers und/oder Additivs beispielsweise mittels eines Durchflussmengenzählers erfasst werden kann.The addition of the water of reaction and the first additive in the first step takes place continuously over a certain period of time, preferably over 15 seconds to 2 minutes, more preferably over 30 to 60 seconds. During the addition of the reaction water and the additive is preferably mixed at a speed of 100 to 300 U / min, in particular 150 to 250 U / min. The water of reaction and the first additive are preferably injected via a nozzle into the mixing device, wherein the amount of the injected reaction water and / or additive can be detected for example by means of a flow meter.
In einem zweiten Schritt des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens wird Zement und ein oder mehrere industrielle Nebenprodukte, ausgewählt aus der Gruppe beste- hend aus Verbrennungsschlacken und -aschen und Gesteinsmehl, zu den aus dem ersten Schritt erhaltenen beschichteten Fasern gegeben, das resultierende Gemisch trocken vorgemischt und dann Reaktionswasser und ein oder mehrere zweite Additive zu dem Gemisch gegeben, gefolgt vom Mischen und Granulieren der resultierenden Reaktionsmischung bis zur Bildung der leichten Gesteinskörnung.In a second step of the second process according to the invention, cement and one or more industrial by-products selected from the group consisting of incineration slags and ash and rock dust are added to the coated fibers obtained from the first step, the mixture premixed dry and then Water of reaction and one or more second additives are added to the mixture, followed by mixing and granulating the resulting reaction mixture until the formation of the light aggregate.
Der Zement und das industrielle Nebenprodukt sind wie oben definiert. Als zweites Additiv können die oben bereits definierten Additive verwendet werden, wobei vorzugsweise Natriumhypochlorid, üblicherweise als 0,1%-ige Lösung in dem Reaktionswasser, eingesetzt wird. Ferner werden in dem zweiten Schritt des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens als industrielle Nebenprodukte bevorzugt Kesselsand und Gesteinsmehl und/oder Papierasche bzw. Kesselsand und/oder Gesteinsmehl und Papierasche verwendet. Hinsichtlich der Auswahl der im Einzelfall verwendeten industriellen Nebenprodukte gilt das oben Gesagte entsprechend. Auch die obigen Erläuterungen zum Einfluss des Zements, der industriellen Nebenprodukte, des Reak¬ tionswassers und des Additivs auf die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der erhaltenen leichten Gesteinskörnung gelten entsprechend für das zweite erfindungsgemäße Verfahren.The cement and industrial by-product are as defined above. As a second additive, the additives already defined above can be used, preferably sodium hypochlorite, usually as a 0.1% solution in the water of reaction, is used. Furthermore, in the second step of the second process according to the invention, boiler edge and rock flour and / or paper ash or boiler sand and / or rock flour and paper ash are preferably used as industrial by-products. With regard to the selection of industrial by-products used in the individual case, what has been said above applies accordingly. Also the above Notes to the influence of the cement, industrial by-products, the reac ¬ tion water and additive on the physical and / or chemical properties of the resulting lightweight aggregate shall apply to the second inventive method.
Die Menge des Zements beträgt vorzugsweise 7 bis 12 Gew.-%, insbesondere 9 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im zweiten Schritt zugegebenen Komponenten. Die Menge des industriellen Nebenprodukts macht vorzugsweise 10 bis 65 Gew.-%, insbesondere 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im zweiten Schritt zugegebenen Komponenten aus. Der Anteil der beschichteten Fasern beträgt vorzugsweise 10 bis 65 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im zweiten Schritt zugegebenen Komponenten.The amount of cement is preferably 7 to 12 wt .-%, in particular 9 to 10 wt .-%, particularly preferably 10 wt .-%, based on the total weight of all components added in the second step. The amount of the industrial by-product is preferably from 10 to 65% by weight, especially from 20 to 40% by weight, based on the total weight of all components added in the second step. The proportion of the coated fibers is preferably 10 to 65 wt .-%, particularly preferably 20 to 40 wt .-%, based on the total weight of all components added in the second step.
Das Reaktionswasser wird vorzugsweise in einer Menge von 15 bis 26 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 18 bis 20 Gew.-%, zugegeben. Die Menge des zugegebenen zweiten Additivs macht maximal 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller im zweiten Schritt zugegebenen Komponenten, aus. Die Menge des im Einzelfall zugegebenen Reaktionswassers und Additivs, richtet sich in erster Linie nach dem Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials, der Konzentration bestimmter Komponenten im Ausgangsmaterial und den gewünschten chemischen und physikalischen Eigenschaften der herzustellenden, leichten Gesteinskörnung und kann von einem Fachmann leicht durch entsprechende Versuche bestimmt werden.The water of reaction is added preferably in an amount of 15 to 26% by weight, more preferably in an amount of 18 to 20% by weight. The amount of the second additive added makes at most 0.2% by weight, preferably 0.01 to 0.2% by weight, especially 0.1 to 0.2% by weight, based on the total weight of all in the second step added components, from. The amount of reaction water and additive added in the individual case depends primarily on the moisture content of the starting material, the concentration of certain components in the starting material and the desired chemical and physical properties of the lightweight aggregate to be produced and can be easily determined by a person skilled in the art by appropriate experiments ,
Das Reaktionswasser und das Additiv werden vorzugsweise als Mischung zu der trockenen Vormischung im zweiten Schritt gegeben. Die Mischung des Reaktionswassers und des zweiten Additivs kann vor der Verwendung auch in einem separaten Tank bevorratet werden.The water of reaction and the additive are preferably added as a mixture to the dry masterbatch in the second step. The mixture of the water of reaction and the second additive can also be stored in a separate tank before use.
Die Menge des verwendeten Reaktionswassers und die Menge und Art des verwendeten Additivs beeinflussen direkt die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen leichten Gesteinskörnung. So kann durch das Reaktionswasser insbesondere die Korngrößenverteilung, die Korneigenfestigkeit und die Wasseraufnahme beeinflusst werden, während das Additiv sich insbesondere auf die Schüttdichte, die Kornrohdichte, die Korngrößenverteilung und den λ-Wert auswirken. Neben der Menge und Art der Ausgangsmaterialien und der flüssigen Komponenten, d.h. des Reaktionswassers und des Additivs, kommt der verwendeten Mischtechnik auch im Falle des zweiten Schrittes des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens eine wichtige Bedeutung bei der erfindungsgemäßen Herstellung von leichten Gesteins- körnungen zu, da dadurch die physikalischen Eigenschaften der letztlich erhaltenen Gesteinskörnung mitbeeinflusst werden. Das oben in Zusammenhang mit der Mischtechnik Gesagte gilt daher entsprechend auch für das zweite erfindungsgemäße Verfahren.The amount of water of reaction used and the amount and type of additive used directly affect the physical properties of the resulting light aggregate. Thus, in particular the particle size distribution, the grain endurance and the water absorption can be influenced by the water of reaction, while the additive has an effect, in particular, on the bulk density, the grain density, the particle size distribution and the λ value. In addition to the amount and type of starting materials and the liquid components, ie the water of reaction and the additive, the mixing technique used also in the case of the second step of the second method according to the invention an important importance in the production of light rock granules according to the invention, since thereby the physical properties of the finally obtained aggregate are influenced. The comments made above in connection with the mixing technique therefore also apply correspondingly to the second method according to the invention.
Das trockene Vormischen im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen zweiten Verfahrens erfolgt bis zur Homogenität, vorzugsweise für eine Zeitdauer von 2 bis 6 min, insbesondere für eine Zeitdauer von 2 bis 4 min. Die Drehzahl beträgt vorzugsweise 100 bis 300 U/min, besonders bevorzugt 250 bis 300 U/min. Als Mischvorrichtung eignen sich insbesondere handelsübliche vertikale oder horizontale Einwellenmischer, die gegebenenfalls mit zusätzlichen Agitatoren ausgestattet sind. Falls Agitatoren verwendet werden, werden diese vorzugsweise am Anfang des Mischens der trockenen Vormischung für eine Zeitdauer von 3 min bei einer Drehzahl von 250 U/min bis 300 U/min zugeschaltet und danach bei einer Drehzahl von 150 bis 250 U/min für 3 min ohne Agitatoren weitergemischt.The dry pre-mixing in the second step of the second method according to the invention is carried out until homogeneous, preferably for a period of 2 to 6 minutes, in particular for a period of 2 to 4 minutes. The speed is preferably 100 to 300 rpm, more preferably 250 to 300 rpm. Commercially available vertical or horizontal single-shaft mixers which are optionally equipped with additional agitators are particularly suitable as mixing devices. If agitators are used, these are preferably added at the beginning of mixing the dry premix for a period of 3 minutes at a speed of 250 rpm to 300 rpm and then at a speed of 150 to 250 rpm for 3 minutes continued agitators without agitators.
Das Zugeben des Reaktionswasser und des zweiten Additivs erfolgt vorzugsweise unter Rühren bzw. Mischen, beispielsweise in einem Batch- oder Durchlaufmischer mit optionalen Agitatoren, bei einer Drehzahl von 150 bis 750 U/min, insbesondere 200 bis 550 U/min. Wird ein Batchmischer verwendet beträgt die Drehzahl vorzugs- weise 200 bis 250 U/min. Die flüssigen Komponenten werden kontinuierlich über einen bestimmten Zeitraum, üblicherweise 10 s bis 2 min, insbesondere 20 s bis 60 s, zugegeben. Bei der Verwendung eines Durchlaufmischers beträgt die Drehzahl vorzugsweise 350 bis 550 U/min.The addition of the water of reaction and the second additive is preferably carried out with stirring or mixing, for example in a batch or continuous mixer with optional agitators, at a speed of 150 to 750 U / min, in particular 200 to 550 U / min. If a batch mixer is used, the speed is preferably 200 to 250 rpm. The liquid components are added continuously over a certain period of time, usually 10 seconds to 2 minutes, in particular 20 seconds to 60 seconds. When using a continuous mixer, the speed is preferably 350 to 550 rpm.
Das Reaktionswasser und das zweite Additiv werden vorzugsweise über eine Düse in die Mischvorrichtung eingespritzt, wobei die Menge des eingespritzten Reaktionswassers und/oder Additivs beispielsweise mittels eines Durchflussmengenzählers erfasst werden kann.The reaction water and the second additive are preferably injected via a nozzle into the mixing device, wherein the amount of the injected reaction water and / or additive can be detected for example by means of a flow meter.
Der Schritt des Mischens und Granulierens bis zur Bildung der leichten Gesteinskörnung erfolgt vorzugsweise für eine Zeitdauer von 3 bis 5 min, insbesondere für eine Zeitdauer von 3 bis 4 min. Die Drehzahl bei diesem Misch- bzw. Granulierschritt liegt im Bereich von 150 bis 750 U/min, insbesondere 200 bis 550 U/min. Bei Verwendung eines Batchmischers beträgt die Drehzahl vorzugsweise 200 bis 250 U/min. Wird ein Durchlaufmischer verwendet, beträgt die Drehzahl vorzugsweise 350 bis 750 U/min, insbesondere 550 U/min. Auch in diesem Fall wird für das Agglomerieren der Partikel die freiwerdende Hydratationsenergie genutzt, so dass keine zusätzliche Wärme von Außen zugeführt werden muss. Für diesen Schritt können herkömmliche Batchmi- scher, die gegebenenfalls mit Agitatoren für einen zusätzlichen Energieeintrag versehen sind, oder Durchlaufmischer verwendet werden.The step of mixing and granulating to the formation of the light aggregate is preferably carried out for a period of 3 to 5 minutes, in particular for a period of 3 to 4 minutes. The speed in this mixing or granulating step is in the range of 150 to 750 rpm, in particular 200 to 550 rpm. Using of a batch mixer, the speed is preferably 200 to 250 rpm. If a continuous mixer is used, the speed is preferably 350 to 750 rpm, in particular 550 rpm. Also in this case, the released hydration energy is used for the agglomeration of the particles, so that no additional heat from the outside must be supplied. For this step, conventional batch mixers, optionally provided with agitators for additional energy input, or continuous mixers may be used.
Die erhaltene leichte Gesteinskörnung kann des Weiteren einer Fraktionierung unter- zogen werden. Dabei können Siebvorrichtungen mit unterschiedlichen Maschen- und Lochabmessungen verwendet werden. Bevorzugte Siebvorrichtungen sind Drahtsiebe, Lochsiebe, Trommelsiebe und Siebdecks. Vorzugsweise wird die leichte Gesteinskörnung aus den oben genannten Gründen vor dem Fraktionieren zwischengelagert, vorzugsweise für mindestens 12 h, insbesondere für 12 bis 48 h.The resulting light aggregate may further be fractionated. In this case, sieve devices with different mesh and hole dimensions can be used. Preferred screening devices are wire screens, perforated screens, drum screens and screen decks. Preferably, the light aggregate is temporarily stored prior to fractionation for the reasons stated above, preferably for at least 12 hours, in particular for 12 to 48 hours.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine durch das oben beschriebene, zweite erfindungsgemäße Verfahren erhältliche leichte Gesteinskörnung. Die mittlere Korngröße dieser erfindungsgemäßen Gesteinskörnung beträgt typischerweise 0,1 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 5 mm. Die Schüttdichte liegt üblicher- weise im Bereich von 0,6 bis 1,4 kg/dm3, insbesondere im Bereich von 0,7 bis 1,0 kg/dm3. Die mittlere Kornrohdichte beträgt üblicherweise 0,8 bis 1,7 kg/dm3, insbesondere 0,9 bis 1,4 kg/dm3. Die Korneigenfestigkeit der erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnung liegt typischerweise im Bereich von 3,5 bis 25 N/mm2, insbesondere 10 bis 20 N/mm2.Another object of the present invention is a lightweight aggregate obtainable by the above-described second method of the invention. The mean grain size of this aggregate according to the invention is typically 0.1 to 10 mm, in particular 1 to 5 mm. The bulk density is usually in the range of 0.6 to 1.4 kg / dm 3 , in particular in the range of 0.7 to 1.0 kg / dm 3 . The mean grain density is usually 0.8 to 1.7 kg / dm 3 , in particular 0.9 to 1.4 kg / dm 3 . The grain endurance of the lightweight aggregate according to the invention is typically in the range of 3.5 to 25 N / mm 2 , in particular 10 to 20 N / mm 2 .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnung zur Herstellung von Baustoffen, die vorzugsweise die Norm nach DIN EN 13 0 55-1 erfüllen. Bevorzugte Beispiele hierfür sind Leichtestrich, Leichtmörtel, Leichtputz, Leichtbeton, ins- besondere Leichtbeton LC 16 / 18 oder LC 20 / 28, Füllungen für Steine,Another object of the present invention relates to the use of the light aggregate according to the invention described above for the production of building materials, which preferably meet the standard according to DIN EN 13 0 55-1. Preferred examples of this are lightweight screed, light mortar, light plaster, lightweight concrete, in particular lightweight concrete LC 16/18 or LC 20/28, fillings for bricks,
Mauersteine, Drainplatten und -schichten, Dämmplatten und -schichten, und Tragschichten unter Fußböden, insbesondere Tragschichten unter Industriefußböden.Bricks, drain boards and layers, insulation boards and layers, and base courses under floors, in particular base courses under industrial floors.
Die vor oder nach dem Fraktionieren erhaltene leichte Gesteinskörnung wird vor- zugsweise nicht sofort, sondern aus den oben genannten Gründen erst nach wenigstens 3 Tagen für die Herstellung der oben genannten Baustoffe verwendet. Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein drittes alternatives Verfahren zur Herstellung einer leichten Gesteinskörnung mit einer Kornrohdichte von < 2,0 kg/dm3 oder einer Schüttdichte von < 1,2 kg/dm3, eine durch dieses Verfahren erhältliche leichte Gesteinskörnung sowie deren Verwendung für Baustoffe.The light aggregate obtained before or after the fractionation is preferably not used immediately, but for at least 3 days, for the above-mentioned reasons, for the production of the abovementioned building materials. A third aspect of the present invention relates to a third alternative process for producing a light aggregate having a grain density of <2.0 kg / dm 3 or a bulk density of <1.2 kg / dm 3 , a light aggregate obtainable by this process, and the like Use for building materials.
Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demzufolge ein drittes alternatives Verfahren zur Herstellung einer leichten Gesteinskörnung aus Zement, Kalkhydrat, Silicium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln und gegebenenfalls einem oder mehreren industriellen Nebenprodukten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Verbrennungsschlacken und -aschen und Gesteinsmehl.Accordingly, a third object of the present invention is a third alternative process for producing a light aggregate of cement, hydrated lime, particles of silicon and / or alumina and optionally one or more industrial by-products selected from the group consisting of incineration slags and ash and rock flour.
Bei diesem alternativen Verfahren werden zunächst Zement, Kalkhydrat, Silicium- und/oder Aluminiumoxidpartikel und gegebenenfalls das eine oder die mehreren industriellen Nebenprodukte trocken vorgemischt, anschließend Reaktionswasser und ein oder mehrere Additive zugegeben und die resultierende Reaktionsmischung unter Einschluss von Luft in die Reaktionsmischung, ausschließlich durch Rühren, bis zur Bildung eines schaumigen Mineralbreis gemischt. Dann wird der Mineralbrei in eine Form überführt und in der Form ausgehärtet, um einen mineralischen Schaumblock zu bilden. Anschließend wird der in der Form gebildete, mineralische Schaumblock ausgeschalt und zerkleinert, um eine leichte Gesteinskörnung mit der gewünschten Form und Größe zu erhalten.In this alternative method, first cement, hydrated lime, silicon and / or alumina particles and optionally the one or more industrial by-products are dry pre-mixed, then water of reaction and one or more additives are added and the resulting reaction mixture including air in the reaction mixture, exclusively by Stir until mixed to form a foamy mineral paste. Then the mineral pulp is transferred to a mold and cured in the mold to form a mineral foam block. Thereafter, the formed in the form of mineral foam block is turned off and crushed to obtain a light aggregate of the desired shape and size.
Bevorzugte Silicium- und/oder Aluminiumoxidpartikel weisen eine Partikelgröße von weniger als 90 μm auf. Geeignete Siliciumoxidpartikel sind feine Fraktionen von Quarzsand. Geeignete Aluminiumoxidpartikel sind feine Fraktionen von kalziniertem Bauxit. Die Silicium- und/oder Aluminiumoxidpartikel machen vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-%, insbesondere 40 bis 55 Gew.-% und besonders bevorzugt 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Bildung des Mineralbreis zugegebenen Komponenten, aus.Preferred silicon and / or aluminum oxide particles have a particle size of less than 90 μm. Suitable silica particles are fine fractions of quartz sand. Suitable alumina particles are fine fractions of calcined bauxite. The silicon and / or alumina particles preferably constitute from 40 to 60% by weight, in particular from 40 to 55% by weight and more preferably 50% by weight, based on the total weight of the components added to form the mineral slurry.
Der Zement und ist wie oben definiert und wird vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 12 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 24 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Bildung des Mineralbreis zugegebenen Komponenten, eingesetzt.The cement and is as defined above and is preferably in an amount of 10 to 30 wt .-%, preferably in an amount of 12 to 25 wt .-%, particularly preferably 20 to 24 wt .-%, based on the total weight of used to form the mineral pulp added components.
Das Kalkhydrat wird üblicherweise in einer Menge von 10 bis 30 Gew-.%, vorzugsweise in einer Menge von 20 bis 30 Gew.-% eingesetzt. Bevorzugte industrielle Nebenprodukte, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind wie oben definiert. Besonders gut geeignet sind diverse Quarzsande oder -mehle. Es können insbesondere auch Gemische wenigstens einer der oben definierten Verbrennungsschlacken bzw. -aschen und einem Gesteinsmehl mit hohem Quarzsandanteil verwendet werden. Die Menge des eingesetzten industriellen Nebenprodukts beträgt 0 bis 40 Gew.-%, insbesondere 20 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Bildung eines schaumigen Mineralbreis zugegebenen Komponenten.The hydrated lime is usually used in an amount of 10 to 30% by weight, preferably in an amount of 20 to 30% by weight. Preferred industrial by-products that can be used in the process of the invention are as defined above. Particularly suitable are various quartz sands or flours. In particular, mixtures of at least one of the above-defined incineration slags or ash and a rock meal with a high proportion of quartz sand can also be used. The amount of industrial by-product used is 0 to 40 wt .-%, in particular 20 to 40 wt .-%, preferably 30 to 40 wt .-%, based on the total weight of the added to form a foamy mineral pulp components.
Bevorzugt werden in der trockenen Vormischung 48 bis 56 Gew.-% Siliciumoxidparti- kel, üblicherweise in Form eines sehr feinen Quarzsands, 22 bis 26 Gew.-% Kalkhydrat und 22 bis 26 Gew.-% Zement, bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Vormischung, verwendet.From 48 to 56% by weight of silica particles, usually in the form of a very fine quartz sand, 22 to 26% by weight of hydrated lime and 22 to 26% by weight of cement, based on the total weight of the dry premix, are preferred in the dry premix , used.
Als Additiv können beispielsweise Fließmittel, Erstarrungsbeschleuniger und Sedimen- tationsreduzierer eingesetzt werden. Das Additiv wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 3 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 1 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Bildung eines schaumigen Mineralbreis zugegebenen Komponenten, verwendet.For example, superplasticizers, solidification accelerators and sedimentation reducers can be used as additives. The additive is preferably used in an amount of from 0.1 to 3% by weight, in particular in an amount of from 1 to 3% by weight, more preferably in an amount of 2% by weight, based on the total weight of the product a foamy Mineralbreis added components used.
Das Reaktionswasser ist beispielsweise Leitungswasser und wird in einer Menge von 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Bildung eines schaumigen Mineralbreis zugegebenen Komponenten, zugegeben.The water of reaction is, for example, tap water and is used in an amount of 1 to 15 wt .-%, in particular in an amount of 1 to 10 wt .-%, preferably in an amount of 5 to 10 wt .-%, based on the total weight of added to the formation of a foamy Mineralbreis added components.
Das Reaktionswasser und das Additiv werden vorzugsweise als Mischung zu der trockenen Vormischung gegeben. Vor der Verwendung kann die Mischung des Reaktionswassers und des ersten Additivs auch in einem separaten Tank bevorratet werden.The water of reaction and the additive are preferably added as a mixture to the dry premix. Before use, the mixture of the reaction water and the first additive can also be stored in a separate tank.
In dem Schritt des trockenen Vormischens kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Verkürzung der Aushärtungszeit zusätzlich auch Aluminiumhydroxid, vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 5 Gew.-%, insbesondere 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Bildung eines schaumigen Mineralbreis zugegebenen Komponenten, eingesetzt werden.In the step of dry premixing according to a preferred embodiment to shorten the curing time additionally aluminum hydroxide, preferably in an amount of 2 to 5 wt .-%, in particular 3 wt .-%, based on the total weight of the added to form a foamy mineral pulp Components are used.
Besonders bevorzugt wird zur Herstellung einer leichten Gesteinskörnung gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Verfahren Zement in einer Menge von 12 bis 24 Gew.-%, insbesondere 22 bis 24 Gew.-%, Kalkhydrat in einer Menge von 22 bis 25 Gew.-%, Silicium- und/oder Aluminiumoxidpartikel in einer Menge von 40 bis 50 Gew.-%, Aluminiumhydroxid in einer Menge von 0 bis 5 Gew.-%, Reaktionswasser in einer Menge von 5 bis 10 Gew.-% und Additiv in einer Menge von 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Bildung des schaumigen Mineralbreis zugegebenen Komponenten, eingesetzt.Cement in an amount of 12 to 24 is particularly preferred for producing a light aggregate according to the third method according to the invention Wt .-%, in particular 22 to 24 wt .-%, hydrated lime in an amount of 22 to 25 wt .-%, silicon and / or alumina particles in an amount of 40 to 50 wt .-%, aluminum hydroxide in an amount of 0 to 5 wt .-%, water of reaction in an amount of 5 to 10 wt .-% and additive in an amount of 1 to 3 wt .-%, based on the total weight of the added to form the foamy mineral pulp components used.
Die Menge des im Einzelfall zugegebenen Reaktionswassers und Additivs, richtet sich in erster Linie nach dem Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials sowie der Kon- zentration bestimmter Komponenten im Ausgangsmaterial und den gewünschten chemischen und physikalischen Eigenschaften der herzustellenden, leichten Gesteinskörnung und kann von einem Fachmann leicht durch entsprechende Versuche bestimmt werden.The amount of water of reaction and additive added in the individual case depends primarily on the moisture content of the starting material and the concentration of certain components in the starting material and the desired chemical and physical properties of the lightweight aggregate to be produced and can easily be determined by a person skilled in the art by appropriate experiments be determined.
Neben der Menge und Art der Ausgangsmaterialien und des Reaktionswassers bzw. Additivs, kommt der verwendeten Mischtechnik auch im Falle des dritten erfindungsgemäßen Verfahrens eine wichtige Bedeutung bei der erfindungsgemäßen Herstellung von leichten Gesteinskömungen zu, da dadurch die physikalischen Eigenschaften wie oben bereits beschrieben mitbeeinflusst werden. Das oben in Zusammenhang mit der Mischtechnik Gesagte gilt daher entsprechend auch für das dritte erfindungsgemäße Verfahren.In addition to the amount and type of starting materials and the water of reaction or additive, the mixing technique used also in the case of the third method according to the invention an important importance in the production of light Gesteinskömungen invention, since thereby the physical properties as already described above are influenced. The comments made above in connection with the mixing technique therefore also apply correspondingly to the third method according to the invention.
Die Mischschritte des dritten erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen unter Verwendung spezieller Doppelwellenmischer, welche beispielsweise gegenläufige Rührwerk- zeuge und zusätzliche Agitatoren aufweisen.The mixing steps of the third process according to the invention are carried out using special double-shaft mixers which, for example, have counter rotating stirring tools and additional agitators.
Das trockene Vormischen im dritten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt bis zur Homogenität, üblicherweise für eine Zeitdauer von 2 bis 5 min, insbesondere für eine Zeitdauer von 2 bis 4 min. Die Drehzahl beim Mischen der trockenen Vormischung liegt vorzugsweise im Bereich von 500 bis 700 U/min. Besonders bevorzugt wird für 3 min bei 600 U/min trocken vorgemischt.The dry premixing in the third process according to the invention takes place until homogeneous, usually for a period of 2 to 5 minutes, in particular for a period of 2 to 4 minutes. The speed of mixing the dry premix is preferably in the range of 500 to 700 rpm. Particular preference is dry premixed for 3 min at 600 U / min.
Das Zugeben des Reaktionswasser und des Additivs erfolgt vorzugsweise unter Rühren bzw. Mischen bei einer Drehzahl von 500 bis 700 U/min, insbesondere 600 U/min. Die flüssigen Komponenten werden dabei kontinuierlich über einen bestimmten Zeitraum, üblicherweise 2 bis 6 min, insbesondere 3 bis 5 min, zugegeben. Das Reaktionswasser und das Additiv werden dabei vorzugsweise über eine Düse in die Mischvorrichtung eingespritzt, wobei die Menge des eingespritzten Reaktionswassers und/oder Additivs beispielsweise mittels eines Durchflussmengenzählers erfasst werden kann.The addition of the water of reaction and the additive is preferably carried out with stirring or mixing at a speed of 500 to 700 U / min, in particular 600 U / min. The liquid components are added continuously over a certain period of time, usually 2 to 6 minutes, in particular 3 to 5 minutes. The water of reaction and the additive are preferably injected via a nozzle in the mixing device, wherein the amount of the injected reaction water and / or additive can be detected for example by means of a flow meter.
Das Mischen der nach Zugabe der flüssigen Komponenten resultierenden Reaktions- mischung bis zur Bildung eines schaumigen Mineralbreis erfolgt üblicherweise für 3 bis 8 min, insbesondere für 4 min. Die Drehzahl beträgt vorzugsweise 500 bis 700 U/min, besonders bevorzugt 600 U/min. Um möglichst viel mechanische Energie und damit Luft in die Mischung zu bringen, ist der Einsatz von speziellen Doppelwellenmischern, gegebenenfalls mit zusätzlichen Agitatoren, erforderlich.The mixing of the reaction mixture resulting after addition of the liquid components until the formation of a foamy mineral slurry is usually carried out for 3 to 8 minutes, in particular for 4 minutes. The speed is preferably 500 to 700 rpm, more preferably 600 rpm. In order to bring as much mechanical energy and thus air into the mixture, the use of special double-shaft mixers, possibly with additional agitators, is required.
Bei dem Schritt des Mischens der Reaktionsmischung bis zur Bildung eines schaumigen Mineralbreis wird Luft in den Mineralbrei eingeschlossen, wodurch nach dem Aushärten Luftporen entstehen. Das Maß des Lufteintrags in den Mineralbrei kann über eine große Bandbreite eingestellt werden. Die Luftporen werden ausschließlich durch Rühren und dem damit verbundenen, hohen mechanischen Eintrag von Energie erreicht. Zusätzliche Härter, wie Wasserglas oder ähnliche Verbindungen, sind nicht erforderlich.In the step of mixing the reaction mixture to form a foamy mineral mash, air is trapped in the mineral slurry, resulting in air pores after curing. The degree of air intake into the mineral pulp can be adjusted over a wide range. The air pores are achieved exclusively by stirring and the associated high mechanical input of energy. Additional hardeners, such as water glass or similar compounds, are not required.
Der nach dem Mischen erhaltene schaumige Mineralbrei wird zum Aushärten in eine Form überführt. Die Form kann irgendeine geeignete Form sein, wobei diese vorzugsweise trennbar ist. Das Aushärten erfolgt für mindestens 12 h, insbesondere 15 bis 72 h.The foamy mineral pulp obtained after mixing is converted into a mold for curing. The mold may be any suitable shape, preferably separable. The curing takes place for at least 12 h, in particular 15 to 72 h.
Der in der Form gebildete, ausgehärtete mineralische Schaumblock wird nach dem Ausschalen einer Zerkleinerungsbehandlung, wie Brechen, unterzogen. Die durch Brechen erhaltenen, leichten Gesteinskörnungen können des Weiteren einer Fraktionierung unterzogen werden. Dazu können Siebvorrichtungen mit unterschiedlichen Maschen- und Lochabmessungen verwendet werden. Bevorzugte Siebvorrichtungen sind Drahtsiebe, Lochsiebe, Trommelsiebe und Siebdecks.The formed in the form of cured mineral foam block is subjected to the sheathing of a crushing treatment, such as breaking. The crushed light aggregates may further be subjected to fractionation. For this purpose, sieve devices with different mesh and hole dimensions can be used. Preferred screening devices are wire screens, perforated screens, drum screens and screen decks.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine durch das dritte erfindungsgemäße Verfahren erhältliche leichte Gesteinskörnung. Die mittlere Korngröße der erfindungsgemäßen Gesteinskörnung beträgt typischerweise 0,1 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 5 mm. Die Schüttdichte liegt üblicherweise im Bereich von 0,3 bis 0,9 kg/dm3, insbesondere im Bereich von 0,4 bis 0,7 kg/dm3. Die mittlere Kornrohdichte beträgt üblicherweise 0,4 bis 1,1 kg/dm3, insbesondere 0,5 bis 0,9 kg/dm3. Die Komeigenfestigkeit der erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnung liegt typi- scherweise im Bereich von 3,5 bis 4,5 N/mm2, insbesondere im Bereich von 4,0 bis 4,5 N/mm2.Another object of the present invention is a lightweight aggregate obtainable by the third process of the present invention. The mean grain size of the aggregate according to the invention is typically 0.1 to 10 mm, in particular 1 to 5 mm. The bulk density is usually in the range of 0.3 to 0.9 kg / dm 3 , in particular in the range of 0.4 to 0.7 kg / dm 3 . The mean grain density is usually 0.4 to 1.1 kg / dm 3 , in particular 0.5 to 0.9 kg / dm 3 . The komeigenfestigkeit of the lightweight aggregate according to the invention is typi- usually in the range from 3.5 to 4.5 N / mm 2 , in particular in the range from 4.0 to 4.5 N / mm 2 .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen leichten Gesteinskörnung zur Herstellung von Baustoffen, die vorzugsweise die Norm nach DIN EN 13 0 55-1 erfüllen. Die vor oder nach dem Fraktionieren erhaltene leichte Gesteinskörnung wird vorzugsweise nicht sofort, sondern aus den oben genannten Gründen erst nach wenigstens 3 Tagen für die Herstellung der oben genannten Baustoffe verwendet.Another object of the present invention relates to the use of the light aggregate according to the invention described above for the production of building materials, which preferably meet the standard according to DIN EN 13 0 55-1. The light aggregate obtained before or after the fractionation is preferably not used immediately, but for at least 3 days, for the above-mentioned reasons, for the production of the above-mentioned building materials.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße leichte Gesteinskörnung in Leichtestrich, Leichtmörtel, Leichtputz, Leichtbeton, insbesondere Leichtbeton LC 16 / 18 oder LC 20 / 28, Füllungen für Steine, Mauersteinen, Drainplatten und -schichten, Dämmplatten und -schichten, und Tragschichten unter Fußböden, insbesondere Tragschichten unter Industriefußböden, eingesetzt. The lightweight aggregate according to the invention is preferably used in light screed, light mortar, light plaster, lightweight concrete, in particular lightweight concrete LC 16/18 or LC 20/28, fillings for bricks, bricks, drain boards and layers, insulation boards and layers, and base courses under floors, especially base courses used under industrial floors.
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