DE2617153C2

DE2617153C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung leichtgewichtiger Schaumbetonkörper

Info

Publication number: DE2617153C2
Application number: DE19762617153
Authority: DE
Inventors: Akihiro Atsugi; Hayashi Shigeo; Yamamoto Sadao; Yokohama; Kanagawa; Chujo Hitoshi Tokio; Hashimoto (Japan)
Original assignee: Showa Denko K.K.; Misawa Homes Institute of Research and Development; Tokio
Filing date: 1976-04-20
Publication date: 1978-02-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung leichtgewichtiger Schaumbetonkör-Der aus einer rasch abbindenden hydraulischen Zement

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masse.

Leichtgewichtige Schaumbetonkörper, z. B. im Autoklav behandelte leichtgewichtige Betonkörper (im folgenden der Kürze halber als ALC bezeichnet), zeichnen sich nicht nur durch ihr geringes Gewicht ihre thermische Isolierfähigkeit und eine relativ gute Festigkeit sondern auch durch ihre Preisgünstigkeit und Hire kurze Herstellungsdauer aus. Folglich werden leichtgewichtige Schaumbetonkörper vornehmlich bereits industriell vorgefertigt und in der Bauindustrie weit verbreitet zum Einsatz gebracht

Zur Herstellung leichtgewichtiger Schaumbetonkörper wurden bereits die verschiedensten Verfahren entwickelt Die bekanntesten Verfahren werden in zwei Arten eingeteilt Zu der einen Art gehören Misch/Verschäum-Verfahren, bei welchen eine hydraulische Zementmasse, ein Treibmittel und Wasser gleichzeitig gemischt und aufgeschäumt werden. Zu der anderen Art gehören Vorschäumverfahren, bei welchen eine vorher aufgeschäumte wäßrige Flüssigkeit einer wäßrigen Zementaufschlämmung einverleibt wird. Diese bekannten Verfahren können in vorteilhafter Weise zur Herstellung von Schaumbetonkörpern aus langsam abbindenden und härtenden Zementmassen zum Einsatz gebracht werden. Sie eignen sich jedoch nicht zur Herstellung von Schaumbetonkörpern aus rasch abbindenden und härtenden Zementmassen. Insbesondere die Vorschäumverfahren eignen sich deshalb nicht, weil es Schwierigkeiten bereitet oder unmöglich ist, eine wäßrige aufgeschäumte Flüssigkeit mit einer wäßrigen Zementaufschlämmung gleichmäßig zu mischen, bevor der Zement abzubinden beginnt. Weiterhin lassen die nach den bekannten Verfahren aus rasch abbindenden Zementmassen hergestellten Schaumbetonkörper bezüglich ihres Verschäumungsgrades und der Gleichmäßigkeit der Verschäumung noch erheblich zu wünschen übrig.

Bei der Herstellung von Schaumbetonkörpern aus langsam abbindenden Zementmassen benötigt man zur Aushärtung, insbesondere zum anfänglichen Abbinden nach dem Einbringen der Zementmasse in eine Form, eine längere Zeit, was dazu führt, daß die Produktivität relativ gering ist. Obwohl zur Erhöhung der Produktivität eine Reihe von Formen verwendet werden kann, führt dies zu einer Erhöhung der Anlagekosten. Diese Erhöhung der Anlagekosten macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn verschiedene Betonkörper unterschiedlicher Form, und zwar jede in nur geringer Menge, hergestellt werden sollen.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung leichtgewichtiger Schaumbetonkörper aus rasch abbindenden hydraulischen Zementmassen zu schaffen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren, insbesondere ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung leichtgewichtiger Schaumbetonkörper, welches dadurch gekennzeichnet ist daß man kontinuierlich mit festgelegten Fließgeschwindigkeiten getrennt zwei verschiedene Massen, von denen eine aus einer rasch abbindenden hydraulischen Zementmasse in Form eines feinteiligen trockenen Pulvers und die andere aus einer ein Treibmittel und ein Abbindehemmittel enthaltenden wäßrigen aufgeschäumten Flüssigkeit besteht, in ein kontinuierlich gerührtes Gefäß einführt, die hierbei gebildete aufgeschäumte Zementaufschlämmung kontinuierlich aus dem Gefäß austrägt, bevor die aufgeschäumte Zementaufschlämmung abzubinden beginnt, und dann die aufgeschäumte Aufschlämmung zur

Herstellung von Gießlingen in eine Form füllt.

Ein Hauptmerkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß man eine wäßrige aufgeschäumte Zementaufschlämmung herstellt, indem man eine rasch abbindende hydraulische Zementmasse in Form eines feinteiligen trockenen Pulvers mit einer ein Treibmittel und ein Abbindehemmittel enthaltenden wäßrigen aufgeschäumten Flüssigkeit mischt Die erhaltene Mischung kann man als »Pulverschaummischung« bezeichnen. Die in der geschilderten Weise zubereitete wäßrige aufgeschäumte Zementauischlämmung zeichnen sich dadurch aus, daß die hydraulischen Zementmasseteilchen gleichmäßig auf die Zellen der wäßrigen aufgeschäumten Flüssigkeit verteilt sind. Eine solche gleichmäßige Dispersion läßt sich im Vergleich zu der nach den bekannten Misch/Aufschäum- oder Vorschäumverfahren erhaltenen wäßrigen aufgeschäumten Zementaufschlämmung in wesentlich kürzerer Mischzeit zubereiten.

Unter dem Ausdruck »rasch abbindende hydraulische Zementmasse« ist hier und im folgenden eine hydraulische Zementmasse zu verstehen, die in relativ kurzer Zeit, in der Regel in einigen min bis etwa 30 min, bei einer Temperatur von 20° bis 40⁰C zu einer Masse abbindet, deren Festigkeit ausreicht, um dem Entformvorgang zu widerstehen. Derartige rasch abbindende hydraulische Zementmassen können beispielsweise aus Mischungen aus Tonerdezement und Calciumoxid und/oder -hydroxid oder Mischungen aus TonerJezement, Calciumoxid und/oder -hydroxid sowie sonstigen hydraulischen Materialien, die beim Aushärten bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck vornehmlich kristallines Calciumsilikathydrat der Tobermoritgruppe bilden, wie Portland-Zement, Schlackenzement, Silikatzement, Flugaschezement, natürlicher Zement, Zementersatzstoffe und Calciumsilikat, bestehen. Als rasch abbindende hydraulische Zementmassen sind ferner sogenannte Jet-Zementsorten, die aus Mischungen aus Calciumhaloalumir.at, wie 1 ICaO - 7AI2O3 ■ CaF2, und Calciumsulfat bestehen. Ein bevorzugtes Beispiel für eine rasch abbindende hydraulische Zementmasse besteht aus einem Gemisch aus

a) einem hydraulischen Material, das vornehmlich kristallines Calciumsilikathydrat zu bilden vermag;

b) 10 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des hydraulischen Materials, Tonerdezement und

c) 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Tonerdezements und ausgedrückt als das Gewicht des Calciumhydroxids, Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid.

Im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung wird auch ein Abbindehemmittel mitverwendet. Beispiele für geeignete Abbindehemmittel sind Oxycarbonsäuren, wie Zitronensäure und Weinsäure sowie deren Salze, sowie Ketocarbonsäuren, wie «-Ketoglutarsäure und (X-Ketoglukonsäure sowie deren Salze. Bezogen auf das Gewicht der rasch abbindenden hydraulischen Zementmasse, sollte die Menge des Abbindehemmittels vorzugsweise 0,05 bis 1 Gew.-% betragen.

Die im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendbaren Treibmittel können beispielsweise aus oberflächenaktiven Mitteln, wie anionischen Sulfonatnetzmitteln, z. B. Alkylarylsulfonsäuresalzen, Alkylsulfonsäuresalzen, a-sulfonierten Fettsäuren und a-sulfonierten Fettsäureestern, sowie Saponin bestehen. Bezogen auf das Gewicht der rasch abbindenden hydraulischen Zementmasse, sollte die Menge des Treibmittels bzw. Schaumbildners 0.05 bis 2.5 Gew.-% betragen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Fließbildes näher erläutert

S Die einzelnen Bestandteile der rasch abbindenden hydraulischen Zementmasse, z.B. Portland-Zement, Calciumhydroxid und Tonerdezement, befinden sich in getrennten Vorratsbehältern 1, Γ, 1" und V". Aus dem jeweiligen Vorratsbehälter wird eine gegebene Menge jeden Bestandteils einer mit einem Rührflügel A, der durch einen Motor M angetrieben wird, ausgestatteten Dosiervorrichtung 2 zugeführt In der Dosiervorrichtung 2 werden die einzelnen Bestandteile in trockenem Zustand gleichmäßig miteinander gemischt und in Form einer gleichmäßigen Mischung kontinuierlich mit gegebener Fließgeschwindigkeit einem kontinuierlich gerühi ten Gefäß zugeführt Das kontinuierlich gerührte Gefäß kann beispielsweise aus einer Mischvorrichtung 3, in der sich eine senkrecht stehende, drehbare Achse mit zahlreichen Rührflügeln Äbefindet, bestehen.

In Vorratsbehältern 4 und 4' befinden sich getrennt eine wäßrige Schäumflüssigkeit mit einem Treibmittel und einem Abbindehemmittel sowie Wasser. Die Flüssigkeit und das Wasser werden mittels Pumpen 5 und 5' einem mit Rührflügeln C ausgestatteten Schäumgefäß 6 zugeführt. Die Mengen an der wäßrigen Schäumflüssigkeit und des Wassers werden durch Ventile Kund V"gesteuert. In dem Schäumgefäß 6 wird durch gleichmäßiges Einfließenlassen der Ströme aus der wäßrigen Schäumflüssigkeit und des Wassers eine wäßrige verschäumte Flüssigkeit in Form einheitlicher sehr kleiner Bläschen erzeugt. Die Größe und Gleichmäßigkeit der Zellen oder Bläschen läßt sich entsprechend der Form und Umdrehungsgeschwindigkeit der Rührflügel C in geeigneter Weise steuern. Die wäßrige verschäumte Flüssigkeit wird aus dem Schäumgefäß 6 durch eine Pumpwirkung der Rührflügel C ausgetragen und mit gegebener Fließgeschwindigkeit kontinuierlich dem kontinuierlich gerührten Mischer 3 zugeführt. In dem Mischer 3 werden die wäßrige aufgeschäumte Flüssigkeit und die rasch abbindende hydraulische Zementmasse kontinuierlich zu einer wäßrigen aufgeschäumten Zementaufschlämmung gemischt Bezogen auf das Gewicht der Zementmasse, beträgt die Menge an der aufgeschäumten Flüssigkeit in der Regel 50 bis 70 Gew.-%.

Der Mischvorgang in dem kontinuierlich gerührten Mischer 3 sollte den folgenden beiden Anforderungen, nämlich erstens, daß die wäßrige aufgeschäumte Flüssigkeit und die Zementmasse miteinander gleichmäßig gemischt werden, und zweitens, daß die Zementmasse in dem Mischer 3 nicht abbindet, genügen. Wenn die geschäumte Flüssigkeit und die Zementmasse miteinander nicht gleichmäßig gemischt werden, besitzt der gebildete Beton ein unansehnliches Aussehen und eine schlechte mechanische Festigkeit Im Hinblick auf ein gleichmäßiges Vermischen ist es zweckmäßig, daß erstens die wäßrige aufgeschäumte Flüssigkeit in den Mischer 3 derart eingeführt wird, daß die Bläschen nicht platzen und in die wäßrige aufgeschäumte Flüssigkeit keine Frischluft eindringen kann, und zweitens, daß auf die Mischung durch das Rühren eine beträchtliche Scherkraft ausgeübt wird. Ein vorzugsweise kontinuierlich gerührtes Gefäß sollte zweckmäßigerweise derart aufgebaut sein, daß an der Innenwand feststehende Ablenkplatten vorgesehen sind und die drehbare Achse, wie in der Zeichnung dargestellt, mit Rührflügeln versehen ist

Wenn die Zementmasse in dem gerührten Mischer 3 stillsteht, kann sie darin abbinden. Zu einem derartigen unerwünschten Abbinden kommt es eher zum Zeitpunkt des gleichmäßigen Dispergierens des Zementpulvers in der wäßrigen aufgeschäumten Flüssigkeit als nach Bildung der gleichmäßigen Dispersion. Folglich sollte eine solche Form und Umdrehungsgeschwindigkeit der Rührflügel B gewählt werden, daß das Zementpulver und die wäßrige aufgeschäumte Flüssigkeit innerhalb kurzer Zeit gleichmäßig miteinander gemischt werden. Weiterhin sollte das kontinuierlich gerührte Gefäß derart ausgelegt sein, daß das gebildete gleichmäßige Gemisch möglichst rasch aus diesem ausgetragen werden kann.

So läßt sich im Rahmen des kontinuierlichen Verfahrens gemäß der Erfindung innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb von 5 min, eine gleichmäßige wäßrige aufgeschäumte Zementaufschlämmung zubereiten.

Die aus dem kontinuierlich gerührten Mischer 3 abgezogene wäßrige aufgeschäumte Zementaufschlämmung wird dann in eine Form 7 der gewünschten Gestalt eingeführt Gegebenenfalls kann in die Form 7 vor dem Einfüllen der wäßrigen aufgeschäumten Zementaufschlämmung eine stabförmige Eisenverstärkung 8 eingefügt werden. Die stabförmige Eisenverstärkung 8 kann vorher einer korrosionsverbessernden Behandlung unterworfen worden sein. Die aufgeschäumte Zementaufschlämmung bindet infolge Anwesenheit von Tonerdezement innerhalb kurzer Zeit ab, wobei sich die gewünschte Anfangsfestigkeit in etwa 10 bis 30 min einstellt. Das Abbinden der Zementaufschlämmung sollte, da die Anfangsfestigkeit bei höheren Temperaturen schlechter wird, bei Temperaturen von nicht über 40⁰C, insbesondere bei Temperaturen von etwa 20 bis 40⁰C, erfolgen.

Die Abbindedauer ist hierbei weit kürzer als bei einer üblicherweise bei den bekannten kontinuierlichen Verfahren verwendeten mehr oder minder langsam abbindenden hydraulischen Zementmasse. Folglich ist es erfindungsgemäü nicht erforderlich, zahlreiche Formen zu verwenden.

Ein aus der Form 7 entformter Betonkörper 9 kann gegebenenfalls nach einer Lagerung in einen Härtungsautoklav 10 überführt werden. Der Härtungsautoklav 10 ist in der Zeichnung in der Draufsicht dargestellt Der Betonkörper 9 kann mit Hilfe eines Wagens 14 oder eines nichtdargestellten Krans in den Härtungsautoklav 10 überführt werden. In dem Härtungsautoklav 10 wird der Betonkörper 9 so lange ausgehärtet, bis er seine maximale Festigkeit erhalten hat

Das Härten kann in feuchter Atmosphäre bei Raumtemperatur oder in Dampf bei Normaldruck durchgeführt werden. Zur Entwicklung einer maximalen Festigkeit zum Verhindern einer Rißbildung und zur Verbesserung der Dimensionsstabilität erfolgt jedoch die Härtung vorzugsweise bei einer Temperatur von 150 bis 200° C, insbesondere 160 bis 180° C, unter Sättigungsdampfdruck (in dem Autoklav). Die Härtungsdauer beträgt in der Regel 3 bis 10 h. Nach dem Härten kann ein gehärteter leichtgewichtiger Betonkörper 12 in ein nichtdargestelhes Lager verbracht werden.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher veranschaulichen.

65 Beispiel 1

Im vorliegenden Falle wurden als Bestandteile für die rasch abbindende hydraulische Zementmasse und die wäßrige Schäumflüssigkeit folgende Substanzen in den angegebenen Mengen verwendet:

Rasch abbindende hydraulische Zementmasse:

	Gewichts
	teile
Portland-Zement	100
Tonerdezement	25
Feinteiliges Siliciumdioxid
(bzw. Silikat)	42
Calciumhydroxid	5
äßrige Schäumflüssigkeit:	Gewichts
	teile
Wasser	100
Natriumeitrat	2
Polyvinylalkohol	3
Natriumdodecylbenzol-
sulfonat	5

Unter Verwendung der in der Zeichnung dargestellten kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung wurden Betonfußbodenplatten hergestellt Die angegebene wäßrige Schäumflüssigkeit wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von 6,4 l/min aus dem Vorratsbehälter 4 in das Schäumgefäß 6 gefüllt Ferner wurde in das Schäumgefäß 6 aus dem Vorratsbehälter 4' Wasser mit einer Fließgeschwindigkeit von 57,5 l/min einfließen gelassen. Die wäßrige Schäumflüssigkeit und das Wasser wurden in dem Schäumgefäß 6 unter Bildung einer wäßrigen aufgeschäumten Flüssigkeit kontinuierlich gemischt Die erhaltene aufgeschäumte Flüssigkeit wurde kontinuierlich dem kontinuierlich gerührten Mischer 3 zugeführt Die rasch abbindende hydraulische Zementmasse der angegebenen Zusammensetzung wurde in der Dosiervorrichtung 2 zubereitet und aus dieser kontinuierlich mit einer Fließgeschwindigkeit von 105 kg/min dem gerührten Gefäß 3 zugeführt Der verwendete kontinuierlich gerührte Mischer bestand aus einem verbesserten Mischer von der Art eines Viskosemahlwerks, dessen Rührflügel mit einer Upm von 420 umliefen. Die in dem Mischer 3 erhaltene wäßrige aufgeschäumte Zementaufschlämmung wurde aus diesem mit einer Fließgeschwindigkeit von 200 l/min abgezogen.

In die Form 7 der in der Zeichnung dargestellten Querschnittsform einer Breite von 1800 mm, einer Länge von 3600 mm und einer Tiefe von 250 mm bzw. 100 mm wurde eine stabförmige Eisenverstärkung 8 eingebracht worauf die Form mit der in der geschilderten Weise zubereiteten wäßrigen aufgeschäumten Zementaufschlämmung gefüllt wurde. Etwa 5 min später begann die Aufschlämmung bei einer Temperatur von etwa 20⁰C abzubinden. 30 min später besaß der gebildete Betonkörper eine Druckfestigkeit von 7,0 kg/cm². Als die Druckfestigkeit einen Wert von 7,0 kg/cm² erreicht hatte, wurde die Form auf eine Seite gestellt und (aus der Form) nut Ausnahme eines Seitenteils 13 ein die Form einer BetonfuSbodenplatte aufweisender Betonkörper 9 entformt Hierauf wurde der die Form einer Fußbodenplatte aufweisende Betonkörper 9 zusammen mit dem Seitenteil 13 der Form 7 bei einer Temperatur von 180⁰C und Sättigungsdampfdruck 8 h lang in dem Autoklav 10 gehärtet.

Die erhaltene Betonfußbodenplatte besaß eine gute Dimensionsstabilität Sie mußte (bezüglich des Aussehens) praktisch nicht nachbehandelt werden. Nach dem

Trocknen besaß sie ein spezifisches Gewicht von 0,603, eine Druckfestigkeit von 63,1 kg/cm², eine Biegefestigkeit von 22,0 kg/cm² und einen Druckmodul von 3,02 · 1O* kg/cm².

Beispiel 2

In entsprechender Weise wie im Beispiel 1 wurde aus einer rasch abbindenden hydraulischen Zementmasse und einer wäßrigen Schäumflüssigkeit der folgenden Zusammensetzung unter sonst gleichbleibenden Bedingungen eine Betonfußbodenplatte hergestellt:

Rasch abbindende hydraulische Zementmasse:

Gewichtsteile

Jet-Zement

(11CaO · 7AI₂O₃ · CaF₂ +

CaSO₄)

Feinteiliges Siliziumdioxid

(bzw. Silikat)

100
40

Gewichtsteile

100
3

Wäßrige Schäumflüssigkeit·.

Wasser

Polyvinylalkohol

Natriumdodecylbenzol-

sulfonat

Natriumtartarat

30 min nach dem Eingießen der wäßrigen aufgeschäumten Zementaufschlämmung bei einer Temperatur von 40⁰C in die Form 7 wurde die Betonfußbodenplatte entformt. Zum Zeitpunkt des Entformens betrug die Druckfestigkeit 6,5 kg/cm². Auf ihrer unregelmäßigen Oberfläche besaß die Betonfußbodenplatte zahlreiche sehr kleine Risse, diese Risse waren jedoch für den praktischen Gebrauch zu vernachlässigen. Die Betonfußbodenplatte besaß nach dem Trocknen ein spezifisches Gewicht von 0,681, eine Druckfestigkeit von 42,2 kg/cm² und eine Biegefestigkeit von 8,9 kg/cm².

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung leichtgewichtiger Schaumbetonkörper, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich mit festgelegten Fließgeschwindigkeiten getrennt zwei verschiedene Massen, von denen eine aus einer rasch abbindenden hydraulischen Zementmasse in Form eines feinteiligen trockenen Pulvers und die andere aus einer ein Treibmittel und ein Abbindehemmittel enthaltenden wäßrigen aufgeschäumten Flüssigkeit besteht in ein kontinuierlich gerührtes Gefäß einführt die hierbei gebildete aufgeschäumte Zementaufschlämmung kontinuierlich aus dem Gefäß austrägt bevor die aufgeschäumte Zementaufschlämmung abzubinden beginnt und dann die aufgeschäumte Aufschlämmung zur Herstellung von Gießlingen in eine Form füllt

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß man als rasch abbindende hydraulische Zementmasse ein Gemisch aus Tonerdezement und Calciumoxid oder -hydroxid, und/oder ein Gemisch aus Tonerdezement, Calciumoxid oder -hydroxid und einem beim Aushärten bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck vornehmlich kristallines Calciumsilikathydrat der Tobermoritgruppe bildenden hydraulischen Material und/oder eine Mischung aus Calciumhaloaluminat und Calciumsulfat verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß man als Abbindehemmittel mindestens eine Substanz, bestehend aus einer Oxycarbonsäure, Ketocarbonsäure und/oder einem Salz derselben, verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abbindehemmittel in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.-°/o, bezogen auf das Gewicht der rasch abbindenden hydraulischen Zementmasse, verwendet

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Treibmittel oder Schaumbildner mindestens eine Substanz, bestehend aus einem Alkylaryisulfonsäuresalz, Alkylsulfonsäuresalz, einer «-sulfonierten Fettsäure, einem «-sulfonierten Fettsäureester und Saponin, verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel bzw. den Schaumbildner in einer Menge von 0,05 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der rasch abbindenden hydraulischen Zementmasse, verwendet

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige aufgeschäumte Zementaufschlämmung nach dem Eingießen in eine Form bei einer Temperatur von nicht über 40⁰C etwa 10 bis 30 min lang abbinden läßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den in der Form gegossenen Betonkörper nach dem Entformen in einem Autoklav bei einer Temperatur von 150 bis 200⁰C und Sättigungsdampfdruck aushärtet.