DE102019213457A1 - Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Granulats und eines Poren enthaltenden Kunststeins - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Granulats, umfassend die folgenden Schritte: a) Herstellen einer aufgeschäumten Masse unter Verwendung von Sand, hydraulischem Bindemittel, Schaummittel und Wasser, b) Einfüllen der aufgeschäumten Masse in eine Füllform, c) teilweises Aushärtenlassen der Masse über einen ersten Zeitraum bei Umgebungsdruck zu einem Grünblock mit einer ersten Zielfestigkeit und d) Entformen des Grünblocks, wobei das Verfahren die weiteren Schritte: e) Zerteilen des Grünblocks in wenigstens zwei Teilblöcke, f) weiteres Aushärtenlassen der Teilblöcke über einen zweiten Zeitraum bei Umgebungsdruck bis zum Erreichen einer zweiten Zielfestigkeit und g) Brechen der Teilblöcke zum Poren enthaltenden Granulat mit einer gewünschten Korngrößenverteilung umfasst. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Kunststeins der das Granulat als Zuschlagsstoff enthält.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Granulats, umfassend das Herstellen einer aufgeschäumten Masse unter Verwendung von Sand, hydraulischem Bindemittel, Schaummittel und Wasser, das Einfüllen der aufgeschäumten Masse in eine Füllform, teilweises Aushärtenlassen der Masse über einen ersten Zeitraum bei Umgebungsdruck zu einem Grünblock mit einer ersten Zielfestigkeit und das Entformen des Grünblocks. Eine vorteilhafte Verwendung des so hergestellten Granulats ist die als Zuschlagsstoff in der Herstellung von Kunststein. Daher betrifft die vorliegende Erfindung weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Kunststeins der das Granulat als Zuschlagsstoff enthält.
- Granulate finden häufig Verwendung als Zuschlagsstoffe in der Herstellung von Kunststein. Von besonderem Interesse ist hierbei Kunststein auf dem Gebiet der Leichtbaustoffe. Hierbei können Lufteinschlüsse im Kunststein durch Beimengung von Poren enthaltenden Granulaten oder auch direkt im Kunststein selbst erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft aber Ersteres.
- Ein bekannter natürlicher Zuschlagsstoff mit Poren ist Bims. Bekannte Poren enthaltende künstlich hergestellte Granulate sind Blähton oder Blähschiefer. Blähton und Blähschiefer sind in der Herstellung sehr teuer und energieaufwändig durch das Brennen und Blähen bei einer Temperatur von über 1000°C. Zusätzlich weisen entsprechende Kunststeinprodukte eine hohe Wasseraufnahme auf. Das Schrumpfverhalten stellt ebenfalls ein Problem dar.
- Bims hingegen ist ein Naturprodukt und kommt nur in bestimmten Regionen vor, sodass er von vielen Ländern kostenintensiv importiert werden muss. Außerdem variiert der Bims durch die auf natürlichem Wege entstandene Expansion in seiner Rohdichte, was problematisch für normengerechte Produkte ist.
- Ein weiterentwickeltes bekanntes und künstlich hergestelltes Granulat kann durch Granulieren von Schaumbeton erhalten werden, wie es in der Patentschrift
AT 412 210 B - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die genannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und kostengünstige und zuverlässige Wege zu finden, vorteilhafte Granulate unter anderem für die Betonwarenproduktion herzustellen.
- Zur Lösung der genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung als einen ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Granulats bereit, das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Herstellen einer aufgeschäumten Masse unter Verwendung von Sand, hydraulischem Bindemittel, Schaummittel und Wasser,
- b) Einfüllen der aufgeschäumten Masse in eine Füllform,
- c) teilweises Aushärtenlassen der Masse über einen ersten Zeitraum bei Umgebungsdruck zu einem Grünblock mit einer ersten Zielfestigkeit und
- d) Entformen des Grünblocks.
- Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte:
- e) Zerteilen des Grünblocks in wenigstens zwei Teilblöcke,
- f) weiteres Aushärtenlassen der Teilblöcke über einen zweiten Zeitraum bei Umgebungsdruck bis zum Erreichen einer zweiten Zielfestigkeit und
- g) Brechen der Teilblöcke zum Poren enthaltenden Granulat mit einer gewünschten Korngrößenverteilung.
- Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Granulat zeichnet sich durch seine besonders guten wärme- und schalldämmenden Eigenschaften aus. Durch den erfindungsgemäßen zweistufigen Zerkleinerungsschritt und das zwischenzeitliche weitere Aushärtenlassen des Materials ergibt sich der große Vorteil, dass insgesamt eine im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren in erheblichem Maße geringere Feinkornfraktion, die als Ausschuss gilt, entsteht. Von entscheidender Bedeutung ist die durch diese Vorgehensweise hervorgerufene unterschiedliche Aushärtekinetik, da die groben Teilblöcke schneller aushärten als der Grünblock. Das dann folgende Brechen der Teilblöcke führt dann zu überraschend wenig Feinkornanteil.
- Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass die in der
AT 412 210 B - Weitere Vorteile des erfindungsgemäß hergestellten Granulats betreffen die Nachhaltigkeit. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung des leichten, sehr gut isolierenden Granulates ohne thermische Produktionsenergie/Brennen, keine CO2 - Emissionen. Es ist keine Rekultivierung von Abbaugebieten notwendig wie z.B. bei Bims. Für die Produktion des Granulates werden in der Natur vorkommende Sande verwendet. Es können aber auch Feinsande, welche nach Zerkleinerung von Gesteinen entstehen und sonst teuer zurückgeführt werden müssen, verwendet werden. In Wüstenregionen kann Dünensand, der dort ausreichend vorhanden ist verwendet werden. Dieser Sand kann bis dato nicht zur Betonherstellung verwendet werden, ist jedoch im erfindungsgemäßen Verfahren uneingeschränkt einsetzbar. Damit kann der in asiatischen und afrikanischen Regionen problematische sogenannte „Meeressandraub“ verringert, wenn nicht sogar beendet werden.
- Ferner ist der Einsatz des erfindungsgemäß hergestellten Granulats in Schüttungen als hochwärmedämmender und atmungsaktiver Baustoff möglich. Daraus resultieren Energieeinsparungen in Gebäuden (Klimaanlage/Heizkosten) sowie ein gesundes Raum- und Hausklima durch Atmungsaktivität der Wand.
- Das erfindungsgemäße Herstellen einer aufgeschäumten Masse unter Verwendung von Sand, hydraulischem Bindemittel, Schaummittel und Wasser kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zunächst mit dem Schaummittel und Wasser ein Schaum erzeugt, der dann mit einer Mischung aus Sand, hydraulischem Bindemittel und ggf. zusätzlichem Wasser vermengt, vorzugsweise unter diese Mischung untergehoben wird. Das hydraulische Bindemittel kann jedoch auch bereits bei der Schaumherstellung enthalten sein, sodass eine Schlemme aus Schaum und hydraulischem Bindemittel schließlich mit Sand oder einem Sand/Wasser-Gemisch vermengt wird.
- Die im erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden Schaummittel sind dem Fachmann, zum Beispiel aus der Herstellung von herkömmlichem Schaumbeton, bekannt. Diese bestehen im Wesentlichen aus Tensiden und Eiweißen. Die Wahl des Schaummittels ist nicht besonders eingeschränkt.
- Beim Aufschäumen wird das Volumen der Ausgangsmischung bevorzugt um das 6- bis 8-fache erhöht. Das Aufschäumen gelingt durch bekannte Verfahren beispielsweise mittels einer Schaumkanone.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erste Zeitraum des Aushärtenlassens kürzer als der zweite Zeitraum.
- Bevorzugt beträgt der erste Zeitraum des Aushärtenlassens 5 bis 36 Stunden, weiter bevorzugt 8 bis 32 Stunden, noch weiter bevorzugt 16 bis 24 Stunden. Je nach gewählter Größe der Form für den Grünblock, kann der erste Zeitraum des Aushärtenlassens variiert werden
- Weiter bevorzugt beträgt der zweite Zeitraum des Aushärtenlassens 4 bis 10 Tage, bevorzugt 6 bis 8 Tage.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das teilweise Aushärtenlassen der Masse in Schritt c) in einer Trockenatmosphäre.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die in Schritt e) erhaltenen Teilblöcke ein durchschnittliches Volumen von 1 dm3 bis 100 dm3 auf.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das weitere Aushärtenlassen der Teilblöcke in Schritt f) bei Umgebungstemperatur und Umgebungsluftfeuchtigkeit. Es ist dabei bevorzugt darauf zu achten, dass die Teilblöcke nicht nass werden. Für den Fall, dass die Teilblöcke hierbei im Freien gelagert werden, sollte also für einen Schutz vor Regen gesorgt werden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das in Schritt g) durchgeführte Brechen der ausgehärteten Teilblöcke zum Poren enthaltenden Granulat mit Überkornrückführung. Dies erhöht den Anteil der gewünschten Korngrößenfraktion. Hierbei wird in einer dem Fachmann bekannten Weise Bruchkorn von noch zu grober Korngröße dem Brechprozess erneut zugeführt. Die finale Körnung, beziehungsweise Korngrößenverteilung ist nicht besonders eingeschränkt und kann je nach Anwendung variieren. Bevorzugte Korngrößenfraktionen sind 0,5 bis 2mm, 2 bis 6 mm und 6 bis 12 mm.
- Die Wahl des zu verwendenden Sandes ist nicht besonders eingeschränkt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der zum Herstellen der aufgeschäumten Masse verwendete Sand Wüstensand, Kalksand, Quarzsand, Diabas-Sand, Gabbro-Sand und/oder Basalt-Sand.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das zum Herstellen der aufgeschäumten Masse verwendete hydraulische Bindemittel Zement, bevorzugt Portlandzement. Geeignete Zementsorten kann der Fachmann je nach beabsichtigtem Einsatzgebiet des Granulats auswählen. Als bevorzugte Sorten sind beispielsweise CEM I 42.5 R/N und CEM I 52.5 R/N zu nennen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Herstellen der aufgeschäumten Masse ferner Steinmehl, Filterstaub, Schlacke und/oder Flugasche verwendet. Weitere vorteilhafte Additive sind Fasern, wie Isolierwolle, und Absorber.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in Schritt b) verwendete Füllform mit der aufgeschäumten Masse bis zu einer Höhe von maximal 100 cm, bevorzugt maximal 60 cm, befüllt. Ist die Füllhöhe zu hoch, so können sich die Poren durch den starken Druckgradienten im Material sehr ungleichmäßig verteilen.
- Die vorliegende Erfindung stellt als einen zweiten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Kunststeins bereit, das unter Verwendung eines nach einem der oben genannten erfindungsgemäßen, beziehungsweise bevorzugten Ausführungsformen hergestellten Granulats als Zuschlagsstoff erfolgt. Im einfachsten Fall wird dabei das Granulat zusammen mit dem noch flüssigen Beton im Betonmischer vermengt.
- Der erfindungsgemäß erhaltene Kunststein hat gegenüber den bekannten Poren enthaltenden Kunststeinen, wie Gasbeton oder Porenbeton eine Reihe von Vorteilen. Gasbeton oder Porenbeton werden beispielsweise aufwändig und energieintensiv mittels Autoklavieren produziert. Die halbfertigen Rohblöcke werden üblicherweise bei 190°C unter einem Druck von 12 bar ca. 16 Stunden unter Dampf im Autoklav gehärtet. Die Produktkosten sind einerseits sehr hoch, andererseits kann man den Gasbeton nur für ausgewählte Einsatzbereiche einsetzen, zum Beispiel aufgrund der erreichbaren Festigkeiten und Wärmedämmwerten sowie der Wasseraufnahme.
- Darüber hinaus sind die Maße der herstellbaren Produkte durch den Produktionsprozess begrenzt. Deshalb gibt es bislang auf dem Markt auch keine Betonfertigteile in größeren Abmessungen, wie zum Beispiel Wandelemente aus Leichtbeton. Mit dem erfindungsgemäßen Granulat lassen sich jedoch neben Betonsteinen in handelsüblichen Abmessungen auch großflächige Fertigelemente mit Abmessungen von über 1 m auf 1 m, beispielsweise für Wände, kostengünstig und zuverlässig herstellen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit dem Verfahren ein Leichtbeton-Kunststein, Leichtbeton-Bauteil und/oder ein großflächiges Leichtbeton-Fertigteilelement hergestellt.
- Der Begriff Kunststein umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung mineralisch- oder harzgebundene Werkstoffe, die mit Zuschlägen von beispielsweise Sand, gebrochenem Gestein oder einem anderen vergleichbaren Bruchkorn, bzw. Granulat hergestellt werden. Unter Kunststein ist auch ein in eine beliebige Form gebrachter, verarbeiteter Flüssigbeton zu verstehen, wie beispielsweise auf einer Baustelle gegossene Betonwände oder Böden.
- Unter einem großflächigen Fertigteilelement sind Bauteile wie zum Beispiel eine Wand gemeint. Allgemein kann daher ein großflächiges Fertigteilelement als eines mit Mindestabmessungen von 1 m auf 1 m verstanden werden.
- Welche Festigkeit unter die Begriffe erste und zweite Zielfestigkeit fallen, ist nicht besonders eingeschränkt. Denn wie der Begriff Zielfestigkeit bereits zum Ausdruck bringt, liegt die Bestimmung des Ziels, also der zu erreichenden Festigkeit beim jeweiligen Fachmann der das Verfahren durchführt. Die erste Zielfestigkeit sollte jedoch groß genug gewählt werden, dass der Grünblock beim Entformen nicht auseinander fällt.
- Umgebungsdruck bedeutet im Rahmen mit der vorliegenden Erfindung der Druck, der in der Umgebung herrscht, d.h. das keine Maßnahmen zur Veränderung des Drucks, wie beispielsweise das Autoklavieren, notwendig sind.
- Dementsprechend ist unter den Begriffen Umgebungstemperatur und Umgebungsluftfeuchtigkeit diejenige Temperatur, bzw. Luftfeuchtigkeit zu verstehen, die in der Umgebung herrschen. Die Umgebung kann dabei auch bevorzugt im Freien, das heißt außerhalb von Gebäuden sein.
- Trockenatmosphäre bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Atmosphäre mit einer Luftfeuchtigkeit die gering genug ist, dass Wasser, das im Grünblock enthalten ist, verdunstet. Eine geeignete Trockenatmosphäre kann zum Beispiel durch dem Fachmann bekannte Trockenkammern erzeugt und aufrechterhalten werden.
- Unter Zerteilen des Grünblocks ist unter anderem das Brechen und/oder das Schneiden des Grünblocks zu einer Zwischengröße zu verstehen. Dies erhöht die Oberfläche des Grünblock-Materials, wodurch die Trocknung und weitere Aushärtung des Material beschleunigt wird. Ein weiterer überraschender Vorteil ist, wie oben beschrieben, auch, dass beim finalen Brechen in die gewünschte Korngröße deutlich weniger Feinanteil entsteht.
- Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann beispielhaft so durchgeführt werden, dass feiner Sand mit Wasser, hydraulischem Bindemittel und Tensiden auf das 6-8-fache Volumen aufgeschäumt wird, gelagert und anschließend in 2 Schritten zerkleinert und in entsprechende Kornfraktionen gesiebt wird. Das so entstehende Granulat kann als leichter Zuschlagstoff für die Betonindustrie in verschiedensten Einsatzbereichen verwendet werden.
- Dabei wird Feinsand, Wasser und Zement gemischt. Der Mischung wird mittels Schaumkanone ein Tensid zugegeben, bis eine sämige Masse mit einem Porengehalt von etwa 80 % entsteht.
- Im Anschluss folgen Austragen, Fördern und teilweises Aushärten. Die Mischung wird dabei zweckmäßigerweise in Wannen entleert, die zur Raumersparnis zum Beispiel in einem Regalsystem zwischengelagert werden können, damit die Masse voraushärten kann. Dabei hat die Art und Verweise der Befüllung der Wannen und die geometrische Form und Höhe der Wanne eine erhebliche Auswirkung auf die Eigenschaften der gehärteten Masse. Auch im Hinblick auf wirtschaftliche Gesichtspunkte betragen die Abmessungen der Wanne in dieser Ausführungsform 2500 mm auf 3000 mm bei einer Höhe von 600 mm.
- Nach der Lagerung in der Aushärtekammer, einer Trockenkammer, werden die Wannen zum Beispiel mittels eines Transportwagens aus der Kammer geholt und zur Entschalstation gebracht. Im ersten Schritt kann je eine volle Wanne mit einer Wendeeinrichtung fixiert und in einem zweiten Schritt gewendet und etwa auf einen Entschaltisch gekippt werden, sodass sich die gehärtete Schaummasse aus der Wanne löst.
- Im nächsten Schritt wird der entformte Schaumkuchen mit einer Zerkleinerungseinheit in die Teilblöcke vorzerkleinert, beziehungsweise geschnitten. Die Teilblöcke werden ca. eine Woche lang zwischengelagert, in der sie weiter aushärten. In dieser Zeit wird durch die hydraulische Aushärtung die erforderliche Festigkeit der Teilblöcke erreicht, damit anschließend der Vorbruch mit einer handelsüblichen Brechanlage zerkleinert werden kann, sodass das Granulat entsteht.
- Dieses Granulat ist ein Zwischenprodukt, welches nun für verschiedenste Einsatzbereiche verwendet werden kann, insbesondere als Zuschlagstoff für die Herstellung von Betonsteinen (z.B. von wärmedämmenden Mauersteinen).
- Darüber hinaus kann es auch für wärmedämmende Putze und Mörtel, Leichtbeton mit hoher Festigkeit und hoher Wärmedämmung, für Wärmedämmung in den letzten Geschoßdecken in einem Gebäude, für die Beschüttung unter Fußböden, für Füllmaterial im geotechnischen Bereich oder für Lärmschutzwände eingesetzt werden.
- Besonders eignet sich das Granulat für großflächige Fertigelemente aus Leichtbeton. Die Dichte von mit dem Granulat hergestelltem Kunststein kann, je nach Anteil des Granulats, auf 350 kg/m3 bis 900 kg/m3 eingestellt werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- AT 412210 B [0005, 0010]
Claims (14)
- Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Granulats, umfassend die folgenden Schritte: a) Herstellen einer aufgeschäumten Masse unter Verwendung von Sand, hydraulischem Bindemittel, Schaummittel und Wasser, b) Einfüllen der aufgeschäumten Masse in eine Füllform, c) teilweises Aushärtenlassen der Masse über einen ersten Zeitraum bei Umgebungsdruck zu einem Grünblock mit einer ersten Zielfestigkeit und d) Entformen des Grünblocks, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst: e) Zerteilen des Grünblocks in wenigstens zwei Teilblöcke, f) weiteres Aushärtenlassen der Teilblöcke über einen zweiten Zeitraum bei Umgebungsdruck bis zum Erreichen einer zweiten Zielfestigkeit und g) Brechen der Teilblöcke zum Poren enthaltenden Granulat mit einer gewünschten Korngrößenverteilung.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitraum des Aushärtenlassens kürzer ist als der zweite Zeitraum des Aushärtenlassens. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitraum des Aushärtenlassens 5 bis 36 Stunden, bevorzugt 8 bis 32 Stunden, weiter bevorzugt 16 bis 24 Stunden beträgt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zeitraum des Aushärtenlassens 4 bis 10 Tage, bevorzugt 6 bis 8 Tage beträgt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass das teilweise Aushärtenlassen der Masse in Schritt c) in einer Trockenatmosphäre erfolgt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schritt e) erhaltenen Teilblöcke ein durchschnittliches Volumen von 1 dm3 bis 100 dm3 aufweisen. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Aushärtenlassen der Teilblöcke in Schritt f) bei Umgebungstemperatur und Umgebungsluftfeuchtigkeit erfolgt. - Verfahren einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt g) durchgeführte Brechen der ausgehärteten Teilblöcke zum Poren enthaltenden Granulat mit Überkornrückführung erfolgt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis8 , dadurch gekennzeichnet, dass der zum Herstellen der aufgeschäumten Masse verwendete Sand Wüstensand, Kalksand, Quarzsand, Diabas-Sand, Gabbro-Sand und/oder Basalt-Sand umfasst. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass das zum Herstellen der aufgeschäumten Masse verwendete hydraulische Bindemittel Zement, bevorzugt Portlandzement, umfasst. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis10 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen der aufgeschäumten Masse ferner Steinmehl, Filterstaub, Schlacke und/oder Flugasche verwendet wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis11 , dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) verwendete Füllform mit der aufgeschäumten Masse bis zu einer Höhe von maximal 100 cm, bevorzugt maximal 60 cm, befüllt wird. - Verfahren zur Herstellung eines Poren enthaltenden Kunststeins, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Verwendung eines nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Granulats als Zuschlagsstoff erfolgt.
- Verfahren nach
Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass mit ihm ein Leichtbeton-Kunststein, Leichtbeton-Bauteil und/oder ein großflächiges Leichtbeton-Fertigteilelement hergestellt wird.
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