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EP4304823A1 - Verfahren zur herstellung von leichtbetonmischungen unter verwendung von leichtzuschlägen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von leichtbetonmischungen unter verwendung von leichtzuschlägen

Info

Publication number
EP4304823A1
EP4304823A1 EP21847981.4A EP21847981A EP4304823A1 EP 4304823 A1 EP4304823 A1 EP 4304823A1 EP 21847981 A EP21847981 A EP 21847981A EP 4304823 A1 EP4304823 A1 EP 4304823A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lightweight
mixture
lightweight concrete
weight
mixing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21847981.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Sievers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
B Ton Ip GmbH
Original Assignee
B Ton Ip GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by B Ton Ip GmbH filed Critical B Ton Ip GmbH
Publication of EP4304823A1 publication Critical patent/EP4304823A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • B28C5/08—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions using driven mechanical means affecting the mixing
    • B28C5/10—Mixing in containers not actuated to effect the mixing
    • B28C5/12—Mixing in containers not actuated to effect the mixing with stirrers sweeping through the materials, e.g. with incorporated feeding or discharging means or with oscillating stirrers
    • B28C5/1223—Mixing in containers not actuated to effect the mixing with stirrers sweeping through the materials, e.g. with incorporated feeding or discharging means or with oscillating stirrers discontinuously operating mixing devices, e.g. with consecutive containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/22—Control or regulation
    • B01F35/2201—Control or regulation characterised by the type of control technique used
    • B01F35/2209—Controlling the mixing process as a whole, i.e. involving a complete monitoring and controlling of the mixing process during the whole mixing cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/22—Control or regulation
    • B01F35/221—Control or regulation of operational parameters, e.g. level of material in the mixer, temperature or pressure
    • B01F35/2214—Speed during the operation
    • B01F35/22142—Speed of the mixing device during the operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • B28C5/003—Methods for mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • B28C5/08—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions using driven mechanical means affecting the mixing
    • B28C5/0875—Mixing in separate stages involving different containers for each stage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/10—Coating or impregnating
    • C04B20/1018—Coating or impregnating with organic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/06—Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
    • C04B40/0608—Dry ready-made mixtures, e.g. mortars at which only water or a water solution has to be added before use
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    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/40—Porous or lightweight materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/20—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the density

Definitions

  • the method according to the invention for the production of lightweight concrete mixtures using lightweight aggregates comprises an at least two-stage mixing process, in which first a suspension mixture containing the binder composition is prepared with a cement or a geopolymer and water with rapid stirring and the suspension mixture is then slowly stirred with the lightweight aggregates, among other things becomes.
  • the invention also encompasses lightweight concrete mixtures and lightweight concretes produced in this way.
  • Concrete has a defined density from 2,000 kg/m 3 to 2,600 kg/m 3 measured as dry bulk density with a minimum compressive strength of 8 N/mm 2 .
  • Lightweight concrete is defined as concrete with a dry bulk density below 2,000 kg/m 3 .
  • the low densities in lightweight concrete are achieved, for example, by adding lightweight aggregates.
  • Lightweight aggregates for example, have bulk densities of 40 to 1200 kg/m 3 .
  • Lightweight concrete is used to manufacture building products.
  • lightweight concrete is a building material before it is shaped and, after at least partial curing, it is a component.
  • Components are manufactured to be permanently installed in structural systems. Construction products also include systems made of building materials and components that are manufactured to be connected to the ground, such as buildings. Buildings can be prefabricated houses, prefabricated garages and silos or so-called "temporary structures" that are suitable for repeated and temporary erection and dismantling at different locations.
  • Typical components are lightweight concrete wall elements or lightweight concrete ceiling elements or lightweight concrete bricks.
  • Lightweight concrete is suitable for exterior and interior walls, from the basement to the roof, for residential buildings as well as for agricultural, public or industrial buildings and bridges. Lightweight panels can also be made from lightweight concrete for insulation purposes or fire protection, etc., the compressive strength of which can also be lower.
  • the component made of lightweight concrete should have a high ratio of compressive strength to dry bulk density.
  • the dimensionless so-called A number results from a calculated relationship between the compressive strength and the dry bulk density.
  • the A number is described by Siegfried G. Zürn in "Influence of the sand minerals on the formation of calcium silicate hydrates (CSH phases), the structure and the mechanical properties of aerated concrete products", logos-Verlag, Berlin, 1997. It represents the relative Compressive strength.The larger the A number, the better the level of compressive strength.The A number is calculated as follows:
  • a number compressive strength (in N/mm 2 ): [dry density (kg/dm 3 ) 2 0.016].
  • the lower weight of the component or the building material during transport simplifies and reduces transport to the construction site, reduces CO2 emissions through additional loading and enables fast and precise work.
  • Short construction times can be achieved particularly with prefabricated elements made of lightweight concrete - they can be produced in the factory with integrated supply lines, doors and windows as well as finished surfaces.
  • the light elements can also be transported on construction sites in difficult positions.
  • components For components, the higher the weight, the higher the sound reduction index. Despite its lower weight, components made of lightweight concrete have a high level of sound absorption, i.e. good soundproofing properties.
  • the water absorption of lightweight aggregates i.e. the absorption behavior
  • lightweight aggregates with low bulk density and grain strength for use in building materials such as wall and ceiling elements and bricks.
  • Such a use has so far failed, in particular due to the high absorbency of these lightweight aggregates, which means that when the lightweight aggregates are mixed with cement at the same time, water is extracted from the cement.
  • a low grain strength is problematic because, when mixed in standard industrial concrete mixers, it causes the lightweight aggregates to be crushed during the mixing process and thus achieve a larger surface area, with the result that the water and binding agent requirements continue to increase and thus, in addition to other unfavorable properties such as greater tendency to shrink and risk of cracking, and the density of the end products also increases unintentionally.
  • the invention is based on the object of making available a lightweight concrete for the production of building products which can also be produced using lightweight aggregates with low grain strength and bulk density, the lightweight concrete having dry bulk densities (measured according to DIN EN 12390-7 in a heating cabinet at 105 °C) from 200 kg/m 3 to 1999 kg/m 3 and compressive strengths from 0.5 N/mm 2 to greater than 100 N/mm 2 .
  • Components made of lightweight concrete should have low dry bulk densities, improved thermal insulation values and very good sound insulation values as well as, due to the type of production, a high final strength in relation to the density with an A number greater than 500.
  • a binder should be used in the production of lightweight concrete, such as a geopolymer or a cement with a low clinker content and a high proportion of substitute materials such as ground granulated blast furnace slag.
  • the invention also relates to a lightweight concrete mixture and the lightweight concrete hardened in a mold.
  • the method for producing a lightweight concrete mix includes at least the following steps:
  • the binder composition comprising at least cement or geopolymers as binder, the water preferably being initially introduced and the binder composition being added with mixing, and
  • the weight ratio of water to binder composition in the suspension mixture being from 1:5 to 1:1, in particular from 1:2 to 2:3; wherein the binder constitutes at least 40% by weight of the binder composition, preferably at least 50% by weight; wherein the binder is added as a powdered solid; and
  • Step A and step B take place with mixing with different inputs of mixing energy, namely with a fast-running stirring tool (A) and with a slow-running stirring tool (B).
  • Step A is preferably carried out, for example, for 60 to 360 seconds, in particular 120 to 240 seconds. (from the addition of the cement/geopolymer), carried out and independently of this step B for at least 120 seconds, in particular 180 to 360 (from the addition of the suspension mixture).
  • the “mixing water” is first brought into contact with the cement or geopolymer, including the other substances in the binder composition, and is “disrupted” while being mixed with a high-speed stirrer to obtain the suspension mixture before the usually absorbent lightweight aggregates are mixed with the mixing water contact. Then the lightweight aggregates are brought into contact with the suspension mixture. It was surprisingly found that the water is then better available for the water-cement reaction or geopolymer-water reaction and the lightweight aggregates no longer compete for the availability of the water. Overall, therefore, less water can be used.
  • the method according to the invention comprises at least two mixing processes:
  • the binder or binder composition is preferably added only to the suspension mixture.
  • the suspension mixture After mixing in step A, the suspension mixture has a flowability of at least F6. Preferably 22 to 40% by weight of water is added to the suspension mixture or the suspension mixture preferably contains 22 to 40% by weight of water.
  • the binder composition for preparing the suspension mixture may contain:
  • Cement as a binder and rice husk fly ash prepared by grinding as a binder additive, in particular 10 to 60% by weight, based on the binder composition.
  • the binder composition can be a geopolymer comprising 2 to 25% by weight of alkali metal hydroxides and/or alkali metal silicates and 75 to 98% by weight of ground granulated blastfurnace slag or 2 to 20% by weight of alkali metal hydroxides and/or alkali silicates and 60 to 78% by weight of ground granulated blastfurnace slag and 20 up to 38% by weight fly ash.
  • fillers in the form of rock flour and/or aggregate 0-2 mm are added to produce the suspension mixture and then the mixing with the high-speed stirring tool is preferably temporarily carried out with a Froude number greater than 50 and in particular greater than 100, in particular for at least 30 seconds, particularly preferably at least 60 seconds, the crushed rock preferably being added in an amount of 50 to 150 kg per m 3 lightweight concrete mixture and the aggregate 0-2 mm preferably being added in an amount of 100 to 500 kg per m 3 lightweight concrete mixture becomes.
  • the lightweight aggregates can have a grain size in the range from 0 mm to 6 mm, as grain groups in particular from 0 to 2 mm, 0 mm to 3 mm, 3 to 5 mm or 2 to 8 mm in accordance with DIN EN 13055 in each case.
  • a hydrophobing agent can be applied to the lightweight aggregates before addition of the suspension mixture; additionally or alternatively, the lightweight aggregates can be moistened with water, in particular by spraying, before addition of the suspension mixture.
  • the lightweight concrete preferably has a dry bulk density of between 250 and 1999 kg/m 3 and an A number greater than 500 independently of this.
  • the lightweight concrete mixture can be introduced into molds in stone molding machines and compacted by shaking and/or pressing in order to produce lightweight concrete in the form of lightweight concrete blocks.
  • the lightweight concrete mix has e.g. the following components (related to the total mass of the lightweight concrete mix):
  • - binder composition in the range from 10 to 90% by weight, ie for example also in the range from 25 to 85% by weight or in the range from 40 to 80% by weight;
  • Lightweight aggregates in the range from 1 to 50% by weight, ie for example also in the range from 5 to 30 or in the range from 5 to 15% by weight;
  • a lightweight concrete mixture with the additional use of aggregate, in particular aggregate 0 to 8 mm, includes the following components (related to the total mass of the lightweight concrete mixture):
  • - binder in the range from 15 to 70% by weight, ie for example also in the range from 20 to 60% by weight or in the range from 25 to 55% by weight;
  • Lightweight aggregates in the range from 3 to 40% by weight, ie for example also in the range from 5 to 20 or in the range from 1 to 15% by weight;
  • - Aggregate in the range from 5 to 65% by weight, ie for example also in the range from 20 to 60% by weight, in the range from 30 to 60% by weight or in the range from 40 to 60% by weight;
  • the lightweight aggregates can first be brought into contact with a proportion of the suspension mixture as part of step B, with the lightweight aggregates preferably being initially introduced and then the further proportions of lightweight aggregates and suspension mixture being added together or sequentially in one or more steps, with mixing according to step B.
  • the binder composition consists of the binder and, if necessary, the binder additive.
  • the binder and, as a rule, also the binder additive is present as a powdered solid.
  • Binders for the method according to the invention are cement and geopolymers.
  • cement or “cements” are inorganic, finely ground substances which, after being mixed with water, solidify and harden (hydraulic setting) as a result of chemical reactions with the mixing water.
  • cement is mainly siliceous calcium with proportions of aluminum and iron compounds, which is present as a complicated mixture of substances.
  • the raw materials used to make cement are limestone (calcium carbonate as a source of calcium oxide), clay (for silica and alumina), sand (for silica), and iron ore (ferric oxide).
  • the raw materials are ground and heated until they partially fuse together at the grain boundaries (sintering) and the so-called cement clinker is formed. This is cooled and ground into the end product cement.
  • Geopolymers are two-component systems consisting of a reactive solid containing silicon and aluminum oxides and a basic activating solution of alkali hydroxides or silicates in water. Geopolymers can also be produced from ground granulated granulated blast furnace slag and/or fly ash or a mixture thereof, these being alkaline activated with alkali hydroxides and/or alkali silicates.
  • the activation solution comprises, for example, sodium, potassium and/or lithium waterglass, particularly preferably potassium waterglass.
  • Fly ash, granulated blast furnace slag, amorphous silicon dioxide such as microsilica, pozzolana (possibly together with calcium hydroxide), burnt slate, calcium oxide and magnesium oxide, ground perlite, trass and graphene are suitable as binder additives.
  • Silica fume or Microsit® can be used as amorphous silicon dioxide.
  • the pozzolana are available, for example, as finely ground perlite with a particle size of less than 45 pm.
  • Fly ash for the purposes of this invention are z. B: Dust-like particles rich in silicic acid or lime, which are separated in electrostatic precipitators used to clean exhaust gases from coal-fired power plants.
  • High-silica fly ash consists mainly of spherical, glassy particles with pozzolanic properties and usually comes from hard coal-fired power plants.
  • Lime-rich fly ash is fine-grained dust with hydraulic and/or pozzolanic properties. They come mainly from lignite-fired plants. Fly ash can also be ground finer to increase reactivity.
  • Rice husk fly ash can also be used as fly ash.
  • Rice husk fly ash is obtained by separating the rice husk surrounding the grain, also called the husk, from the paddy rice in a rice mill. These shells are burned for energy.
  • the ash thus obtainable is rice hull fly ash and contains a high proportion of amorphous silicon dioxide.
  • blast furnace slag When iron ore is smelted in the blast furnace, blast furnace slag is produced. Granulation, ie rapid cooling of the up to 1,500 °C hot, liquid slag with water, produces blast furnace slag, a predominantly glassy, latently hydraulic material. When finely ground, granulated granulated granulated blast furnace slag develops hydraulic properties when stimulated accordingly (e.g. by the calcium hydroxide from the cement clinker).
  • Silica gel, silicate dust or microsilica are used as particulate solids or suspensions in water.
  • these consist of very fine, spherical particles with a high content (over 85% by weight) of amorphous silicon dioxide.
  • Silicate dust occurs as filter dust in the production of silicon or silicon alloys.
  • the starting material for this is quartz, which is melted together with coal in an electric furnace at temperatures from 2500 °C.
  • pozzolans are siliceous or siliceous and alumina-containing substances from natural sources. They are of volcanic origin (e.g. trass, lava) or are extracted from clay, slate or sedimentary rock (phonolite). Pozzolans do not have their own hardening capacity. They only react to form strength-forming and water-insoluble compounds when, after being mixed with water, they come into contact with calcium hydroxide (e.g. from Portland cement clinker). Pozzolan is used as natural pozzolan or as natural tempered (thermally treated) pozzolan (e.g. phonolite) for cement production.
  • Burnt slate especially burnt oil shale, is produced from natural slate deposits in a special furnace at temperatures of around 800 °C. Finely ground, burnt slate has pronounced hydraulic properties as well as pozzolanic properties.
  • Calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) within the meaning of this invention are finely ground substances which are subject to different firing temperatures and grinding fineness during production.
  • Soft firing middle firing (also called caustic) and hard firing.
  • the firing temperature gives different reactivities which have implications for use in accordance with this invention.
  • the course of the reaction in soft firing after contact with water is, for example, fast and violent, while it is slower in medium firing.
  • the use of caustic fired products in lightweight concrete causes an expansion already in the setting phase but also in the hardened state and thus counteracts the formation of cracks and reduces the shrinkage behavior. Hard-fired materials do not achieve these properties. Therefore, only caustic calcium oxide (CaO) and caustic magnesium oxide (MgO) are used as binder additives according to this invention.
  • Finely ground perlite with a particle size of less than 45 ⁇ m is suitable as a pozzolanic additive in exchange for cement, particularly if the water/cement ratio (W/C value) is less than 0.40, preferably less than 0.35. It has been found that up to 35% by weight of cement can be replaced without loss of strength compared to mixtures containing 100% by weight of cement.
  • the exchange also has a positive effect with regard to the dry bulk density and the shrinkage behavior, both of which are reduced.
  • Graphene can also be added to the binder composition. Even when adding small amounts of 75 to 650 g/m 3 per m 3 of lightweight concrete mixture, the addition of Grahen causes a significant increase in strength, accelerated hardening and greatly reduced water absorption. Graphenes are two-dimensional, but can also be added in a preferred form with several layers, eg up to 5 or up to 10 layers.
  • Binder compositions with different chemical and physical properties can be produced. According to DIN EN 197-1, five main types of cement are distinguished:
  • Composite cements CEM V where 2. to 5. represent binder compositions because these also contain granulated blast furnace slag or other binder additives. All types of cement listed according to DIN EN 197-1 contain between 20 and 100% by weight of cement clinker.
  • binder compositions in the production of concrete in which the energy-intensive Portland cement clinker content is as low as possible.
  • the lowest Portland cement clinker content is in CEM III, which is also subdivided into CEM III A (35 to 65% by weight of ground granulated blastfurnace slag), CEM III B (66 to 80% by weight of ground blastfurnace slag) and CEM III C (81 to 85% by weight of ground blastfurnace slag).
  • a disadvantage in the production of concrete with CEM III cements is the significantly slower strength development in comparison to CEM I and CEM II, which causes significantly longer stripping times in the production of precast concrete parts.
  • the method according to the invention surprisingly achieves early strengths which are not inferior to the early strengths of CEM I or CEM II cements.
  • cements or binder compositions with a blast furnace slag content of more than 35% by weight, in particular more than 65% by weight, in particular CEM III A and CEM III B cements.
  • cements or binder compositions e.g. cements of the CEM series, with e.g. up to 70% by weight fly ash and/or up to 10% by weight microsilica can also be used.
  • cements or binder compositions are mixed with, inter alia, rice hull fly ash, e.g., up to 70% by weight.
  • Finely ground pozzolan can be added up to 35% by weight.
  • Lightweight aggregates can be used in particular alone or in a mixture. According to the invention, lightweight aggregates with low bulk densities of 40 to 1000 kg/m 3 , preferably 50 to 500 kg/m 3 or 60 to 300 kg/m 3 , can be used, the bulk density being determined according to DIN EN 1097-3. If the term “lightweight aggregates” (in the plural) is used below, it can be an essentially chemically uniform aggregate or several different lightweight aggregates. The term “lightweight surcharge” thus also includes the term “lightweight surcharge”.
  • a low grain strength means that it is less than 1 N/mm 2 .
  • a medium grain strength means that this is 1 to 5 N/mm 2 . High grain strengths are those above 5 N/mm 2 .
  • Lightweight aggregates with a low grain strength of less than 1.0 N/mm 2 can also be used according to the method according to the invention. The grain strength is determined according to DIN EN 13055 (Appendix C).
  • Suitable lightweight aggregates are (including an example explanation):
  • Pumice is a porous glassy volcanic rock. Pumice was formed by gas-rich volcanic eruptions that foamed the magma that was thrown out. Such lightweight aggregates have, for example, medium to high grain strengths and bulk densities of between 400-700 kg/m 3 .
  • Expanded clay is a lightweight aggregate manufactured industrially from expandable clay. Expanded clay is characterized, for example, by its round grain shape. Expanded clay can be obtained, for example, by drying clay, grinding it and causing it to expand at approx. 1200°C and firing it into small balls. Depending on how it is produced, expanded clay has low to high grain strengths and bulk densities of between 220 and 600 kg/m 3 .
  • Expanded slate is a lightweight mineral aggregate produced from the natural raw material slate using a thermal process. It is characterized by a compact, platy to angular grain shape and is available with a closed or open-pored surface, depending on whether or not it is crushed after firing. Expanded slate has medium to high grain strengths and bulk densities between 300 and 800 kg/m 3 .
  • Foam Lava Foam lava is a tough, volcanic rock that is fractured and shipped according to desired fractions. Foam lava has a high grain strength and bulk densities between 800 and over 1000 kg/m 3 .
  • Sintered hard coal fly ash Sintered hard coal fly ash is the result of the combustion of powdered hard coal in modern power plants. Pelleting and subsequent sintering of the balls produces a lightweight aggregate with a round grain shape and closed surface. Sintered hard coal fly ash has medium to high grain strength and bulk densities between 400 and 800 kg/m 3 .
  • Bottom ash is produced when hard coal is burned in the dry-fired boilers of power plants. Bottom ash is a water-cooled sintered product of the non-combustible mineral components of hard coal. Boiler sand has an average grain strength and bulk densities between 400 and 800 kg/m 3 .
  • Expanded glass is a purely mineral, fibre-free lightweight aggregate made from recycled glass. The waste glass is ground into glass powder and expanded at approx. 900 °C. It is generally characterized by a round grain shape and a closed surface. Expanded glass has low to medium grain strength and bulk densities between 200 and 400 kg/m 3 .
  • Expanded mica belongs to the clay minerals, it is created by the thermal processing of mica slate, a mineral created by weathering. Expanded mica can be obtained, for example, by expanding vermiculite and has low grain strength and bulk densities of between 60 and 200 kg/m 3 .
  • Expanded perlite is made from raw perlite that has been expanded in the heat. For example, raw perlite grains with a diameter of 0.2 mm to 1.2 mm can be suddenly heated to 800 to 1000° C. in a vertical furnace. The rock melts and at the same time the water it contains evaporates. The viscous melt is inflated by the steam pressure to 10 to 20 times the original volume and is carried upwards very quickly by the large air current from the hot reaction zone. As a result of the rapid cooling that takes place in this way, the expanded melt solidifies into grains with a grain size of, for example, 0 to 5 mm. Expanded perlite has low grain strength and bulk densities of 50 to 300 kg/m 3 , in particular 60 to 250 kg/m 3 .
  • the perlite Before the expansion process, the perlite can be treated with silicate, borate and/or phosphate glass to obtain the expanded perlite, preferably in an amount of 2 to 3% by weight based on the unexpanded perlite, and in particular with the addition of a nitrogen source, in particular a nitride .
  • Lightweight materials can also be used which are obtainable from a mixture of waste glass or silicon dioxide and raw perlite in a thermal expansion process and have bulk densities between 80 and 300 kg/m 3 , in particular 80 and 250 kg/m 3 (waste glass or silicon dioxide/ raw perlite mixture).
  • suitable lightweight aggregates are obtainable from vegetable substances such as, for example, wood wool shavings, expanded corn (popcorn), foamed wood fibers and plant husks, in particular rice husks. These have low bulk densities below 500 kg/m 3 .
  • Rice hull ash can also be used as a lightweight aggregate without further processing.
  • lightweight aggregates with bulk densities below 250 kg/m 3 particularly those made from expanded perlite and expanded mica, have not been used in lightweight concrete to date.
  • the main reason for this is that these lightweight aggregates are at least partially destroyed during the mixing process due to the associated reduced grain strength and have a very high level of absorption.
  • Particularly preferred lightweight aggregates are expanded perlite, expanded slate, expanded clay, expanded glass, rice hull ash and mixtures thereof, in particular with bulk densities of 40 to 1000 kg/m 3 , preferably between 50 to 500 kg/m 3 and in particular 60 to 300 kg/m 3 .
  • Concrete admixtures in the context of this invention are additives that are added to the lightweight concrete mixture in small amounts and are preferably added during production of the suspension mixture in order to improve the chemical or physical properties of the lightweight concrete mixture or those of the lightweight concrete.
  • Concrete admixtures are, for example, concrete plasticizers, plasticizers, air-entraining agents, sealants, retarders, accelerators, press-in aids, hydrophobing agents, stabilizers, fibers or shrinkage reducers.
  • polycarboxylates in particular polycarboxylate ethers, lignin sulfonates (also lignosulfonic acid), melamine formaldehyde sulfonates, naphthalene formaldehyde sulfonates, hydroxycarboxylic acids and their salts,
  • - Surfactants as air-entraining agents such as surface-active substances based on modified natural products such as root resin soaps,
  • Hydrophobing agents such as siloxanes/alkylalkoxysilanes, fatty acids, fatty acid salts, polymers (synthetic resin dispersions),
  • the fibers can be made from organic polymers (such as polyamides such as aramid or polyolefins such as polypropylene), glass, carbon, steel or basalt. Mixtures of different fibers can also be used, with the fibers being used together with the lightweight aggregates,
  • - Fillers in the form of aggregate 0 to 2 mm (grain size) with bulk densities from 2000 kg/m 3 (according to DIN EN 12620 and DIN 1405-2). They can consist of quartz rock, greywacke, basalt, dolomite, volcanic rock, slate (clay slate) and other, also recycled (according to DIN EN 12620:2008-07) aggregates.
  • the lightweight concrete can be tailored with regard to the compressive strength by the ratio of lightweight aggregate to aggregate in a dry bulk density range of 200 kg/m 3 to 1999 kg/m 3 and by the type and amount of binder composition added and the amount of water.
  • the lightweight concrete can, for example, be made pumpable and sprayable.
  • the manufacturing process comprises a two-stage mixing: a first mixing to produce a binder suspension and a second mixing comprises mixing the binder suspension produced in this way with at least the lightweight aggregates.
  • the binder suspension comprises at least the binder mixture and water. (First) mixing with a high-speed mixer differs from (second) mixing with a slow-speed mixer in that the peripheral speed when mixing with the high-speed mixer is at least 3 times higher.
  • the first step of mixing takes place with a high-speed stirring tool and has, for example, a speed of more than 100 rpm, in particular 150 rpm.
  • a peripheral speed of the stirring tool between 3 and 20 m/s, preferably between 8 and 17 m/s.
  • the second mixing step is carried out with a slow-running stirring tool and has, for example, speeds below 60 rpm, in particular below 45 rpm, for example 15 to 25 rpm.
  • the peripheral speed of the stirring tool is suitably between 0.9 and 1.25 m/s, preferably between 0.3 and 0.8 m/s.
  • the circumferential speed of the stirring tool always refers to the longest possible circumference if, for example, paddles of different lengths are used as stirring tools. If there are several mixing tools or mixing zones in a mixer, the mixing tool with the higher peripheral speed or Froude number is decisive.
  • the speed of the stirring tool is a less suitable measure because the mixing effect also depends heavily on the geometry of the stirring tool.
  • the dimensionless index according to William Froude which gives a measure of the relationship between inertia and gravity, is suitable for describing mixing and is generally divided into supercritical (mixture acceleration > gravitational acceleration; Froude number above 1.0) and subcritical (mixture acceleration ⁇ gravitational acceleration; Froude number). below 1.0).
  • the first mixing takes place in particular in such a way that the Froude number for preparing the suspension mixture is greater than 10, preferably greater than 25, and particularly preferably greater than 40.
  • the second mixing takes place in particular in such a way that the Froude number for producing the lightweight concrete mixture is less than 2, in particular less than 1.5.
  • the suspension mixture preferably has a fluidity of at least F6.
  • the lightweight concrete mixture preferably has a flowability of at least F2, preferably at least F4.
  • a suspension mixer is suitable for preparing the suspension mixture, ie the first mixing.
  • the suspension mixer includes a high-speed stirring tool.
  • the high-speed stirring tool preferably has speeds of more than 300 rpm, in particular 800 to 2000 rpm.
  • there is a peripheral speed of the stirring tool between 3 and 20 m/s, preferably between 8 and 17 m/s.
  • a particularly suitable suspension mixer referred to there as a colloidal mixer, is known from DE 10354888 B4.
  • the suspension mixer has an upper, larger-volume premixing zone and a lower, smaller-volume dispersing zone and a two-part separating element, comprising a line and a baffle plate, which spatially separates the different zones from one another.
  • the premixing and dispersing zones are each equipped with separate agitators.
  • the stirring paddles of the dispersing zone press the material to be mixed against the baffle plate, which is arranged above the stirring paddle zone of the dispersing zone and has a circular recess in the middle.
  • the mixed material then hits the line, which is arranged above the baffle plate and has a smaller diameter than the baffle plate with regard to its outside and inside diameter.
  • the material to be mixed is pushed outwards and upwards along the line and is pressed into the premixing zone through a circumferential outer ring slot between the line and the inner wall of the mixer.
  • the mixed material then collapses in the middle of the premixing zone and thus returns to the dispersing zone through the first separating element, the line, seen from above.
  • Another suitable suspension mixer is known from DE 102011102988 A1, having an upper circulation zone/premixing zone and a lower dispersing zone, with at least one mixing tool having a mixing axis and mixing paddles being provided in the dispersing zone and at least one separating element spatially delimiting the circulation zone and dispersing zone from one another and the separating element releases at least one outer passage remote from the stirring axis and one inner passage near the stirring axis, the inner passage brings about the flow of material from the circulating zone in the dispersing zone and the outer passage brings about the flow of material from the dispersing zone into the circulating zone and the outer passage is arranged above the level of the mixing paddles, with at least the outer passage can be changed in its (total) passage area from the outside during the mixing process.
  • the suspension mixer according to DE 102011102988 A1 preferably has two chambers (premixing zone and dispersing zone).
  • the material to be mixed is moved passively in the premixing zone by the outlet of the liquid material to be mixed via a separating element, with the material to be mixed being initially sucked into the dispersing zone via a larger inlet in the separating element, preferably arranged above the axis of rotation.
  • the mixture is caught by a high-speed agitator and pressed radially outwards, preferably also upwards, with the mixture passing in the flow direction through smaller openings in the cutting disc or through smaller openings between the outer edge of the cutting disc and the container wall.
  • the smaller openings are preferably located on the outer periphery of the cut-off wheel. In this case, smaller and larger designate the relative area ratio of the smaller outlet openings to the larger inlet opening(s) in the dispersing zone.
  • the second mixing comprises mixing the suspension mixture so produced with at least the lightweight aggregates.
  • Free-fall mixers or cone mixers are suitable for this if they are operated at a low speed or low peripheral speed.
  • the free-fall mixer is available in very different sizes. As a small device with a volume of a few liters, they are widespread in the do-it-yourself and sometimes also in the craft sector for use on construction sites. In industrial sizes with a capacity of 0.5 and more cubic meters, they are used stationary in ready-mixed concrete and precast plants.
  • the basic principle is the same. The mixing process takes place in a rotating drum. The drum is also fed through the drum opening. Inside the drum is a spiral or paddles fixed to the drum wall, which picks up and lifts part of the mix with each rotation.
  • Cone mixers have lateral scrapers on the lower cone wall and a central shaft with an Archimedean screw and/or inclined paddles attached to the central shaft and/or a combination thereof.
  • This type of mixer with a mixing chamber that narrows conically towards the bottom is characterized by the fact that the material to be mixed is transported from the bottom upwards during mixing due to the design and, due to the design, detaches laterally from the auger/paddles and then falls again in free fall via gravity moved below.
  • Both the centrically arranged shaft/axis and the scraper can be operated at different speeds. Depending on the speed set, the cone mixer is therefore able to work with a Froude number greater than 10 or greater than 25, as well as less than 2.5 or less than 1.5.
  • the lightweight concrete if it is produced as a structural element, has cover layers on at least one, preferably on both main surfaces (ie the two large areas of the structural element).
  • a first layer which is thinner than the lightweight concrete mixture according to the invention, can be introduced from another, hydraulically hardening material with a predetermined application thickness, to which the lightweight concrete according to the invention is applied. connects and hardens.
  • a second layer of the same or another hydraulically hardening material which also combines with the lightweight concrete according to the invention, can be applied. Elements coated on one and/or both sides with a cover layer can thus be produced simply, quickly and inexpensively.
  • the hydraulically setting material can be a so-called plaster system comprising a plaster mortar.
  • Such a cover layer can, for example, also consist of a set inorganic plaster binder, also a plaster binder slurry.
  • a reinforcement, in particular in the form of a fiber mat can preferably be embedded in the cover layer.
  • the fiber mat can consist of glass fibers, carbon fibers and/or basalt fibers.
  • the fiber mat can also be provided solely in the edge or edge regions of the component in order to strengthen the edges. It is also possible during the production process, before filling the formwork with the lightweight concrete mixture according to the invention, to insert fiber mats to protect against shrinkage cracks and as a primer for subsequent coatings, or to apply them after at least partial curing. This means that preparations can be made on both sides for the subsequent surface treatment.
  • a lightweight concrete mixture according to this invention into the shell mold, which can assume static functions as a lightweight concrete layer with appropriate density and compressive strength on the building, and to apply a highly insulating lightweight concrete of lower density to this pressure-resistant lightweight concrete, produced according to this invention.
  • a commercially available adhesion promoter can be applied for better adhesion between the different lightweight concretes, but it is also possible to work “wet on wet” and thus dispense with an adhesion promoter.
  • pressure-resistant lightweight concrete to the highly insulating lightweight concrete. This creates a sandwich in which the pressure-resistant lightweight concrete takes on the static and protective function and the highly insulating lightweight concrete with low density provides insulation and additional soundproofing.
  • a so-called gradient concrete can be produced, whereby concrete, where this is statically required, with higher density and compressive strength and at the points where, for example, thermal insulation and/or weight saving play a role, lightweight concrete according to this Invention is used, in principle, the transition of different types of concrete can also be done continuously or wet in wet.
  • the lightweight concrete according to the invention fulfills the function of thermal insulation and/or additional sound insulation, while normal concrete fulfills static and functional properties.
  • a light-weight concrete with a lower density than normal concrete into the pouring form, then to lay a commercially available insulation on or to insert such as, for example, low-density mineral foam ( ⁇ 100 kg/m 3 ), mineral fiber insulation boards, polyurethane insulation boards, rigid foam boards, polystyrene rigid foam boards, Cork boards, wood fiber boards, cellulose fiber boards, sheep's wool, wood shavings, etc., and then again a lightweight concrete according to this invention and permanently connect the two lightweight concretes by means of concreted-in connecting means, whereby the densities and compressive strengths of the lightweight concretes can differ.
  • the more pressure-resistant lightweight concrete can, for example, assume static functions as the inner shell of a sandwich façade.
  • load-bearing and static reinforcements can be placed in the mold. Also so-called supporting structures, as described in EP 0808959 B1.
  • the aforementioned types of reinforcement are inserted into the mold before the lightweight concrete according to the invention is poured, surrounded by the latter and, after the lightweight concrete has hardened, assume the desired functions as a transport aid, static functions and connections and joining aids on the building.
  • all common carrying aids and fasteners can be set in concrete by placing them in the mold before pouring the lightweight concrete and encasing them after pouring.
  • all types of hollow bodies can also be introduced in order to achieve a further reduction in the weight of the building product made from the lightweight concrete according to the invention.
  • the lightweight concrete can be placed in a climatic chamber after it has been poured into a mold, in particular a formwork mold.
  • a curing climate can be set in this climatic chamber by means of warm air and/or superheated steam, which can be set to 30 to 85° C., in particular 35 to 60° C., depending on the binders used, with regard to the chamber temperature.
  • the residual moisture content of the lightweight concrete at dry bulk densities from 1200 kg/m 3 is preferably below 16% by weight, particularly preferably below 14% by weight or even below 13% by weight.
  • Microsilica Silicon P, Sika
  • Hydrophobing agent Protec HWA(ST) HA-BE, Ha-Be Betonchemie GmbH, Hameln, Germany (stearate)
  • Foaming agent SB 2, Mapei
  • Lightweight aggregate 1 expanded perlite with a grain size of 0-5 mm
  • Perliopol Lightweight aggregate 2 Fibo ExClay with a grain size of 2-5 mm (expanded clay)
  • the suspension mixture, lightweight aggregate 1 and fibers were homogeneously mixed in a free-fall mixer with a Froude number of 0.3 (drum revolution 0.5 revolutions per second). It was 30 I lightweight concrete mix after 180 see. (From the addition of the suspension mixture) obtained.
  • the flowability was defined using the slump classes F1 to F6 according to DIN EN 12350-5.
  • the dry raw density has been measured according to DIN EN 12390-7 in a heating cabinet at 105 °C.
  • the average water/B (W/B) value is the ratio between the mass of water and the mass of the binder with the limestone powder (if used), microsilica and CaO as the fly ash added to the binder.
  • Composition 1 according to the above test procedure: The lightweight concrete mix had a flowability of F6 and a water-to-binder ratio of 0.32.
  • the lightweight concrete produced in this way had a raw dry density of 351 kg/m 3 and an average compressive strength of 2.5 N/mm 2 and a thermal conductivity (lambda value X) of 0.095 (W/m 2 K).
  • Composition 2 produced according to the above test procedure, except that the lightweight aggregates were placed in the free-fall mixer together with the fibers and the aggregate.
  • the lightweight concrete mixture had a flowability greater than F6 and a water to binder ratio of 0.36.
  • the lightweight concrete produced in this way had a raw dry density of 581 kg/m 3 and an average compressive strength of 7.8 N/mm 2 after 28 days.
  • compositions 3 and 4 were prepared by first placing water in a suspension mixer according to DE 102011102988 A1 (20 l), switching on the agitator and adding in succession: a) for composition 3: cement, fly ash, aggregate 0-2 mm and the concrete additives and b) for composition 4: cement, limestone powder, microsilica and aggregate 0-2 mm and the concrete additives.
  • the mixing took place in the suspension mixer with a Froude number of 91.4 (mixing paddle speed, peripheral speed 13 m per second) to form a suspension mixture within 240 seconds. (from cement addition).
  • the suspension mixture had a flowability greater than F6.
  • the suspension mixture was then immediately poured into a gravity mixer (Atika, 50I), in which the 2-8 mm aggregate together with the fibers had already been placed and premixed. Then, while the tumbler continued to mix, 50% of the suspension mixture was added, followed by 50% of Lightweight Aggregate 1, then the remaining 50% of the suspension mixture, and then the remaining Lightweight Aggregate 1. Mixing in the tumbler was done with a Froude number of 0 .3 (0.5 revolutions per second). It was 30 I lightweight concrete mix after 240 see. (From the addition of the suspension mixture) obtained.
  • Composition 3 Composition 3:
  • the lightweight concrete mixture had a flowability greater than F6 and an average water-to-binder value of 0.40.
  • the lightweight concrete produced in this way had a dry bulk density of 1,214 kg/m 3 and an average compressive strength of 28 N/mm 2 after 28 days.
  • Composition 4 The lightweight concrete mixture had a flowability greater than F6 and an average water-to-binder value of 0.41.
  • the lightweight concrete produced in this way had a dry bulk density of 1,649 kg/m 3 and an average compressive strength of 48 N/mm 2 after 28 days.
  • compositions 5 and 6 were prepared by first placing water in a suspension mixer according to DE 102011 102988 A1 (20 l), switching on the agitator and adding in succession: a) for composition 5: cement, aggregate 0-2 mm and the concrete additives and b) for composition 6: cement, fly ash, and the concrete additives
  • Composition 5 is a composition of Composition 5:
  • the lightweight concrete mix had a flowability of F6 and a water-to-binder ratio of 0.44.
  • the lightweight concrete produced in this way had a dry bulk density of 1,275 kg/m 3 and an average compressive strength of 34 N/mm 2 after 28 days.
  • the lightweight concrete mixture had a flowability greater than F6 and an average water-to-binder value of 0.42.
  • the lightweight concrete produced in this way had a dry bulk density of 1,551 kg/m 3 and an average compressive strength of 42 N/mm 2 after 28 days.
  • compositions 7 For the compositions 7, the production took place in such a way that water was first introduced into the suspension mixer according to DE102011102988 A1 (20 l) and ground blast furnace slag and activator were added. Both were premixed and then the fly ash and the concrete additives were added. The mixing took place in the suspension mixer with a Froude number of 91.4 (mixing paddle speed, peripheral speed 13 m per second) to obtain the suspension mixture within 240 seconds. (from the addition of blast furnace slag). The suspension mixture had a flowability greater than F6.
  • Composition 7 is a composition of Composition 7:
  • the lightweight concrete mixture had a flowability greater than F6 and an average water-to-binder value of 0.46.
  • the lightweight concrete produced in this way had a dry bulk density of 1,540 kg/m 3 and an average compressive strength of 38 N/mm 2 after 28 days.
  • the lightweight aggregate 2 was then poured in at the same mixing speed and mixed for a total of a further 180 seconds. Subsequently, with a Froude number of 0.9 (1.2 screw revolutions per second), the lightweight aggregate 1 with the ingredients of the lightweight concrete mixture was added within 240 seconds. (from the addition of lightweight aggregate 1) mixed homogeneously to form a lightweight concrete mixture.
  • the lightweight concrete was filled into molds and placed in a curing chamber, which was heated to around 40 °C, for 20 hours and then the formwork was removed.
  • Composition 8 is a composition of Composition 8:
  • the lightweight concrete mix had a flowability of F4 and a water-to-binder ratio of 0.42.
  • the lightweight concrete produced in this way had a dry bulk density of 1,489 kg/m 3 and an average compressive strength of 31 N/mm 2 after 28 days.
  • the increase in strength compared to mixing without aggregate was 51% after 20 hours and 27% after 28 days.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbetonmischungen unter Verwendung von Leichtzuschlägen, umfassend ein zumindest zweistufiges Mischverfahren, wobei zunächst eine Suspensionsmischung, enthaltend die Bindemittelzusammensetzung, mit einem Zement oder einem Geopolymer und Wasser schnell-rührend hergestellt wird und die Suspensionsmischung dann langsam-rührend unter anderem mit den Leichtzuschlägen vermischt wird. Ebenso umfasst die Erfindung so hergestellte Leichtbetonmischungen und Leichtbetone. Als Bindemittelzusammensetzung kommen z.B. infrage: - 60-80 Gew% Hüttensandmehl - Zement, 10-60 Gew% Flugasche - 2-25 Gew.% Alkalihydroxide/Alkalisilikate, 75-98 Gew.% Hüttensandmehl - 2-20 Gew.% Alkalihydroxide/Alkalisilikate, 60-78 Gew.% Hüttensandmehl, 20-38 Gew.% Flugasche - Zement, 30-50 kg/m (in der Leichtbetonmischung) Mikrosilika - Zement, 10-60 Gew% Reisschalenflugasche, - Zement, 1-5 Gew% kaustisch gebranntes CaO/MgO

Description

Verfahren zur Herstellung von Leichtbetonmischunqen unter Verwendung von Leichtzuschlägen
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Leichtbetonmischungen unter Verwendung von Leichtzuschlägen umfasst ein zumindest zweistufiges Mischverfahren, wobei zunächst eine Suspensionsmischung enthaltend die Bindemittelzusammensetzung mit einem Zement oder einem Geopolymer und Wasser schnell-rührend hergestellt wird und die Suspensionsmischung dann langsam-rührend unter anderem mit den Leichtzuschlägen vermischt wird. Ebenso umfasst die Erfindung so hergestellte Leichtbetonmischungen und Leichtbetone.
Allgemeiner Stand der Technik.
Beton hat ein definiertes Raumgewicht ab 2.000 kg/m3 bis 2.600 kg/m3 gemessen als Trockenrohdichte mit einer Mindestdruckfestigkeit von 8 N/mm2. Leichtbeton ist definiert als Beton mit einer Trockenrohdichte unter 2.000 kg/m3. Erreicht werden die geringen Dichten beim Leichtbetonen z.B. durch die Beimischung von Leichtzuschlägen. Je geringer die Dichte der Leichtzuschläge ist, je geringer kann die Dichte vom daraus hergestellten Leichtbeton werden. Leichtzuschläge haben z.B. Schüttdichten von 40 bis 1200 kg/m3.
Leichtbeton wird zur Herstellung von Bauprodukten verwendet. Der Leichtbeton ist einerseits vor der Formgebung ein Baustoff und nach der zumindest teilweisen Aushärtung ein Bauteil. Bauteile werden hergestellt, um dauerhaft in baulichen Anlagen eingebaut zu werden. Ebenfalls zu den Bauprodukten zählen aus Baustoffen und Bauteilen gefertigte Anlagen die hergestellt werden, um mit dem Erdboden verbunden zu werden wie beispielsweise Gebäude. Gebäude können Fertighäuser, Fertiggaragen und Silos oder auch sogenannte „Fliegende Bauten“ sein, die geeignet sind, an verschiedenen Orten wiederholt und befristet aufgestellt und wieder abgebaut zu werden. Typische Bauteile sind Leichtbeton-Wandelemente oder Leichtbeton-Deckenelemente oder Leichtbeton-Mauersteine.
Mit Druckfestigkeiten von 2 bis über 100 N/mm2 (nach DIN EN 1520, DIN 4213, DIN EN 206-1 oder DIN 1045-2) können die Bauteile an die unterschiedlichen Gebäudeanforderungen differenziert angepasst werden. Leichtbeton ist geeignet für Außen- und Innenwände, vom Keller bis zum Dach, für Wohngebäude genauso wie für landwirtschaftliche, öffentliche oder Industriegebäude und Brücken. Aus Leichtbeton lassen sich auch Leichtbauplatten für Isolationszwecke oder Brandschutz etc. herstellen, deren Druckfestigkeit auch niedriger sein kann.
Das Bauteil aus Leichtbeton soll ein hohes Verhältnis der Druckfestigkeit zur Trockenrohdichte aufwiesen. Aus einem rechnerischen Bezug der Druckfestigkeit zur Trockenrohdichte ergibt sich die dimensionslose sogenannte A-Zahl. Die A-Zahl wird beschrieben von Siegfried G. Zürn in „Einfluss der Sandminerale auf die Bildung von Calciumsilikathydraten (CSH-Phasen), das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften von Porenbeton Produkten", Logos-Verlag, Berlin, 1997. Sie repräsentiert die relative Druckfestigkeit. Je größer die A-Zahl ist, desto besser ist das Druckfestigkeitsniveau. Die A-Zahl wird wie folgt berechnet:
A-Zahl = Druckfestigkeit (in N/mm2) : [Trockenrohdichte (kg/dm3)2 0,016].
Das geringere Gewicht des Bauteils oder des Baustoffs beim Transport mit z.B. Lastkraftwagen bzw. Transportbeton-Fahrmischern vereinfacht und vergünstigt den Transport auf die Baustelle, vermindert durch Mehrladung den CO2 Ausstoß und ermöglicht schnelles und präzises Arbeiten. Besonders mit Fertigelementen aus Leichtbeton lassen sich kurze Bauzeiten erreichen - sie können werkseitig mit integrierten Versorgungsleitungen, Türen und Fenstern sowie fertigen Oberflächen produziert werden. Zudem können die leichten Elemente auch auf Baustellen in schwieriger Lage transportiert werden.
Bei Bauteilen gilt, je höher das Gewicht, desto hoher das Schalldämm-Maß. Trotz seines geringeren Gewichts weisen Bauteile aus Leichtbeton eine hohe Schallabsorption, d.h. ein gutes Schallschutzvermögen auf.
Die Wasseraufnahme von Leichtzuschlägen, also das Saugverhalten, hat Einfluss bei der Verwendung als Zuschlag im Leichtbeton. Je höher und schneller die Wasseraufnahme ist, je problematischer kann sich das Verhalten bei der Herstellung von Leichtbeton auswirken, da Wasser aus der Mischung entzogen wird und damit nicht mehr für die Bindemittel und der Verarbeitungsfähigkeit zur Verfügung steht. Es hat in der Praxis nicht an Versuchen gefehlt, auch Leichtzuschläge geringer Schüttdichte und Kornfestigkeit für den Einsatz in Baumaterialien wie Wand- und Deckenelementen und Mauersteinen zu verwenden. Ein solcher Einsatz scheiterte bisher insbesondere an der hohen Saugfähigkeit dieser Leichtzuschläge, die dazu führt, dass beim gleichzeitigen Vermischen der Leichtzuschläge mit Zement, dem Zement Wasser entzogen wird. Eine geringe Kornfestigkeit ist problematisch, da sie beim Mischen in industrieüblichen Betonmischern dazu führt, dass die Leichtzuschläge beim Mischvorgang zerkleinert werden und dadurch eine größere Oberfläche erreicht, mit dem Ergebnis, dass der Wasser- und Bindemittelbedarf weiter ansteigt und damit, neben anderen ungünstigen Eigenschaften wie größere Schwindneigung und Rissgefahr, auch ungewollt die Dichte der Endprodukte ansteigt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Leichtbeton zu Herstellung von Bauprodukten zur Verfügung zu stellen, der auch unter Verwendung von Leichtzuschlägen mit geringer Kornfestigkeit und Schüttdichte hergestellt werden kann, wobei der Leichtbeton Trockenrohdichten (gemessen nach DIN EN 12390-7 im Wärmeschrank bei 105°C) von 200 kg/m3 bis 1999 kg/m3 und Druckfestigkeiten von 0,5 N/mm2 bis größer 100 N/mm2 aufweisen soll.
Bauteile aus dem Leichtbeton sollen geringe Trockenrohdichten, verbesserte Wärmedämmwerte und sehr gute Schalldämmwerte aufweisen sowie, aufgrund der Herstellungsart, eine im Verhältnis zur Dichte hohe End-Festigkeit mit einer A-Zahl größer 500.
Zur CC -Minimierung soll bei der Herstellung des Leichtbetons ein Bindemittel einsetzbar sein, wie ein Geopolymer oder ein Zement mit geringem Klinkeranteil und einem hohen Anteil an Ersatzstoffen wie Hüttensandmehl.
Zusammenfassung der Erfindung
Dieses Ziel konnte bisher durch übliche Mischverfahren und Mischabläufe unter Verwendung der bekannten Zwangs- und Freifallmischern nicht erreicht werden. Der Gegenstand der Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben. Die Erfindung betrifft neben der Herstellung der Leichtbetonmischung und des Leichtbetons auch eine Leichtbetonmischung und den in einer Form ausgehärteten Leichtbeton.
Das Verfahren zur Herstellung einer Leichtbetonmischung umfasst zumindest die folgenden Schritte:
(A) Zusammenbringen von zumindest Wasser und einer Bindemittelzusammensetzung, insbesondere in Abwesenheit der Leichtzuschläge, wobei die Bindemittelzusammensetzung als Bindemittel zumindest Zement oder Geopolymere umfasst, wobei das Wasser bevorzugt vorgelegt wird und die Bindemittelzusammensetzung unter Mischen zugegeben wird, und
Mischen mit einem schnell-laufendem Rührwerkzeug zur Herstellung einer Suspensionsmischung, wobei das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Bindemittelzusammensetzung in der Suspensionsmischung 1 : 5 bis 1 : 1 , insbesondere 1 : 2 bis 2 : 3, beträgt; wobei das Bindemittel mindestens 40 Gew.% der Bindemittelzusammensetzung, vorzugsweise mindestens 50 Gew.%, ausmacht; wobei das Bindemittel als pulverförmiger Feststoff zugesetzt wird; und
(B) Zusammenbringen der Suspensionsmischung oder Anteilen der Suspensionsmischung mit zumindest Leichtzuschlägen oder Anteilen der Leichtzuschläge, wobei zumindest die Leichtzuschläge bevorzugt vorgelegt werden und die Suspensionsmischung unter Mischen zugegeben wird, und
Mischen mit einem langsam-laufendem Rührwerkzeug zur Herstellung einer Leichtbetonmischung; wobei die Leichtzuschläge eine Schüttdichte von 40 bis 1000 kg/m3, bevorzugt zwischen 50 bis 500 kg/m3 und insbesondere 60 bis 300 kg/m3, aufweisen; und wobei das Mischen mit dem schnell-laufendem Rührwerkzeug mit einer Umfangsgeschwindigkeit erfolgt, die mehr als dreimal so hoch ist wie die Umfangsgeschwindigkeit beim Mischen mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug und/oder gemäß einer anderen Definition; wobei das Mischen mit dem schnell-laufendem Rührwerkzeug mit einer Froude- Zahl größer 10 und insbesondere größer 25 durchgeführt wird und wobei das Mischen mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug mit einer Froude-Zahl kleiner 2,5 und insbesondere kleiner 1 ,5, durchgeführt wird. Schritt A und Schritt B erfolgen unter Mischen mit unterschiedlichem Eintrag von Mischenergie, nämlich mit einem schnell-laufendem Rührwerkzeug (A) und mit einem langsam-laufendem Rührwerkzeug (B).
Schritt A wird vorzugsweise z.B. für 60 bis 360 see., insbesondere 120 bis 240 see. (ab Zugabe des Zements / Geopolymers), durchgeführt und unabhängig hiervon Schritt B für zumindest 120 see., insbesondere 180 bis 360 (ab Zugabe der Suspensionsmischung).
Auf diese Weise wird das „Anmachwasser“ zuerst in Kontakt mit dem Zement bzw. Geopolymer gebracht, einschließlich den weiteren Stoffen der Bindemittelzusammensetzung und unter Vermischen mit einem schnell-laufendem Rührwerkzeug “aufgeschlossen“ zum Erhalt der Suspensionsmischung bevor die i.d.R. saugenden Leichtzuschläge mit dem Anmachwasser in Kontakt kommen. Sodann werden die Leichtzuschläge mit der Suspensionsmischung in Kontakt gebracht. Es wurde überraschend festgestellt, dass das Wasser dann der Wasser-Zement-Reaktion bzw. Geopolymer- Wasser- Reaktion besser zur Verfügung steht und die Leichtzuschläge hier nicht mehr in Konkurrenz um die Verfügbarkeit des Wassers treten. Es kann also in der Summe weniger Wasser eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest zwei Mischvorgänge:
- das Mischen von Wasser und Bindemittelzusammensetzung, umfassend zumindest Zement oder Geopolymere in Abwesenheit der Leichtzuschläge zur Herstellung einer Suspensionsmischung und
- das Zusammenbringen der Suspensionsmischung mit zumindest Leichtzuschlägen und Mischen zum Erhalt einer Leichtbetonmischung.
Das Bindemittel bzw. die Bindemittelzusammensetzung wird vorzugsweise nur der Suspensionsmischung zugesetzt.
Die Suspensionsmischung weist nach dem Mischen in Schritt A eine Fließfähigkeit von zumindest F6 auf. Der Suspensionsmischung ist vorzugsweise 22 bis 40 Gew.% Wasser zugesetzt bzw. enthält die Suspensionsmischung vorzugsweise 22 bis 40 Gew.% Wasser. Die Bindemittelzusammensetzung zur Herstellung der Suspensionsmischung kann enthalten:
- Zement als Bindemittel und Flugasche als Bindemittelzusatz, insbesondere 10 bis 60 Gew.% bezogen auf die Bindemittelzusammensetzung;
- Zement als Bindemittel und Mikrosilika als Bindemittelzusatz, insbesondere 30 bis 50 kg/m3 bezogen auf die Leichtbetonmischung;
- Zement als Bindemittel und durch Aufmahlen aufbereitete Reisschalenflugasche als Bindemittelzusatz, insbesondere 10 bis 60 Gew.% bezogen auf die Bindemittelzusammensetzung.
Alternativ kann die Bindemittelzusammensetzung ein Geopolymer sein, umfassend 2 bis 25 Gew.% Alkalihydroxide und/oder Alkalisilikate und 75 bis 98 Gew.% Hüttensandmehl oder 2 bis 20 Gew.% Alkalihydroxide und/oder Alkalisilikate und 60 bis 78 Gew.% Hüttensandmehl und 20 bis 38 Gew.% Flugasche.
Währen der Herstellung der Suspensionsmischung kann vorgelegt oder zugegeben werden:
- Gesteinsmehl als Füller, insbesondere mit Partikeldurchmessern von 0,001 mm bis 0,1 mm, vorzugsweise bis 0,063 mm, und/oder
- 0,1 bis 4 Gew.%, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.%, Fließmittel.
Bevorzugt ist, dass zur Herstellung der Suspensionsmischung Füllstoffe in Form von Gesteinsmehl und/oder Gesteinskörnung 0-2 mm zugegeben werden und dann das Mischen mit dem schnell-laufende Rührwerkzeug vorzugsweise zeitweilig mit einer Froude Zahl größer 50 und insbesondere größer 100 durchgeführt wird, insbesondere für mindestens 30 see, besonders bevorzugt mindestens 60 see, wobei das Gesteinsmehl vorzugsweise in einer Menge von 50 bis 150 kg je m3 Leichtbetonmischung zugegeben wird und wobei die Gesteinskörnung 0-2 mm vorzugsweise in einer Menge von 100 bis 500 kg je m3 Leichtbetonmischung zugegeben wird.
Die Leichtzuschläge können eine Korngröße im Bereich von 0 mm bis 6 mm aufweisen, als Korngruppen insbesondere von 0 bis 2 mm, 0 mm bis 3 mm, 3 bis 5 mm oder 2 bis 8 mm entsprechend jeweils DIN EN 13055, aufweisen. Auf die Leichtzuschläge kann vor Zugabe der Suspensionsmischung ein Hydrophobierungsmittel aufgebracht werden, zusätzlich oder alternativ können die Leichtzuschläge vor Zugabe der Suspensionsmischung mit Wasser befeuchtet werden, insbesondere durch Besprühen. Der Leichtbeton weist vorzugsweise eine Trockenrohdichte zwischen 250 und 1999 kg/m3 und auch unabhängig hiervon eine A-Zahl größer 500 auf.
Die Leichtbetonmischung kann in Steinformmaschinen in Formen eingebracht und durch Rütteln und/oder Pressen verdichtet werden, um daraus Leichtbeton in Form von Leichtbetonsteinen herzustellen.
Die Leichtbetonmischung weist z.B. folgende Komponenten auf (bezogen auf die Gesamtmasse des Leichtbetonmischung):
- Bindemittelzusammensetzung im Bereich von 10 bis 90 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 25 bis 85 Gew.% oder im Bereich von 40 bis 80 Gew.%;
- Leichtzuschläge im Bereich von 1 bis 50 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 5 bis 30 oder im Bereich von 5 bis 15 Gew.%;
- Wasser im Bereich von 20 bis 40 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 20 bis 35 Gew.%;
- gegebenenfalls weitere Komponenten wie Betonzusatzmittel im Bereich von 0 bis 65 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 20 bis 60 Gew.% oder im Bereich von 10 bis 30 Gew.%.
Eine Leichtbetonmischung unter zusätzlicher Verwendung von Gesteinskörnung, insbesondere Gesteinskörnung 0 bis 8 mm, umfasst folgende Komponenten (bezogen auf die Gesamtmasse der Leichtbetonmischung):
- Bindemittel im Bereich von 15 bis 70 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 20 bis 60 Gew.% oder im Bereich von 25 bis 55 Gew.%;
- Leichtzuschläge im Bereich von 3 bis 40 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 5 bis 20 oder im Bereich von 1 bis 15 Gew.%;
- Gesteinskörnung im Bereich von 5 bis 65 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 20 bis 60 Gew.%, im Bereich von 30 bis 60 Gew.% oder im Bereich von 40 bis 60 Gew.%;
- Wasser im Bereich von 10 bis 40 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 13 bis 35 Gew.%;
- gegebenenfalls weitere Komponenten wie Betonzusatzmittel (ausgenommen Gesteinskörnung) im Bereich von 0 bis 20 Gew.%, also beispielsweise auch im Bereich von 2 bis 15 Gew.%. Vorteilhafterweise können die Leichtzuschläge zunächst mit einem Anteil der Suspensionsmischung als Teil des Schrittes B in Kontakt gebracht werden, wobei die Leichtzuschläge bevorzugt vorgelegt werden und dann gemeinsam oder sequentiell in einem oder mehreren Schritten die weiteren Anteile Leichtzuschläge und Suspensionsmischung unter Mischen gemäß Schritt B zugegeben werden. Dies kann so erfolgen, dass zunächst 20 bis 70 Gew.%, insbesondere 40 bis 60 Gew.%, der Leichtzuschläge mit 20 bis 70 Gew.%, insbesondere 40 bis 60 Gew.%, der Suspensionsmischung dem Mischen mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug gemäß B ausgesetzt werden und in der Folge in einem oder mehreren Schritten unter Fortführung des Mischens mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug gemäß B die verbleibenden Leichtzuschläge und die verbleibende Suspensionsmischung zugegeben werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Folgende Rohstoffe können zur Herstellung der Leichtbetonmischung eingesetzt werden:
Die Bindemittelzusammensetzunq besteht aus dem Bindemittel und ggf. dem Bindemittelzusatz. Das Bindemittel und in der Regel auch der Bindemittelzusatz liegt als pulverförmiger Feststoff vor.
Bindemittel für das erfindungsgemäße Verfahren sind Zement und Geopolymere.
„Zement“ bzw. „Zemente“ sind anorganische, fein gemahlene Stoffe, die nach dem Anmachen mit Wasser infolge chemischer Reaktionen mit dem Anmachwasser selbständig erstarren und erhärten (hydraulisches Abbinden). Chemisch betrachtet ist Zement hauptsächlich kieselsaures Calcium mit Anteilen an Aluminium- und Eisen-Verbindungen, das als kompliziertes Stoffgemisch vorliegt. Die Rohstoffe zur Herstellung von Zement sind Kalkstein (Calciumcarbonat als Quelle für Calciumoxid), Ton (für Siliciumdioxid und Aluminiumoxid), Sand (für Siliciumdioxid) und Eisenerz (Eisen(lll)-oxid). Die Rohstoffe werden gemahlen und hocherhitzt, bis sie an den Korngrenzen teilweise miteinander verschmelzen (Sintern) und der sogenannte Zementklinker entsteht. Dieser wird abgekühlt und zum Endprodukt Zement gemahlen. Geopolymere sind Zwei-Komponenten-Systeme, bestehend aus einem reaktiven Feststoff, der Silizium- und Aluminiumoxide enthält, sowie einer basischen Aktivierungslösung aus Alkalihydroxiden oder -Silikaten in Wasser. Geopolymere können auch aus Hüttensandmehl und/oder Flugasche oder einem Gemisch daraus hergestellt werden, wobei diese mit Alkalihydroxiden und/oder Alkalisilikaten alkalisch aktiviert werden. Die Aktivierungslösung umfasst z.B. Natrium-, Kalium-, und/oder Lithiumwasserglas, besonders bevorzugt Kaliumwasserglas.
Als Bindemittelzusätze sind geeignet Flugaschen, Hüttensandmehl, amorphes Siliciumdioxid wie Microsilika, Puzzolane (ggf. zusammen mit Calciumhydroxid), gebrannter Schiefer, Calziumoxid und Magnesiumoxid, aufgemahlener Perlit, Trass und Graphen.
Als amorphes Siliciumdioxid kann Silikastaub oder Microsit® (BauMineral GmbH, Herten, Deutschland) eingesetzt werden. Die Puzzolane sind z.B. erhältlich als fein gemahlener Perlit mit Korngröße kleiner 45pm.
Flugaschen im Sinne dieser Erfindung sind z. B: kieselsäure- oder kalkreiche, staubartige Partikel, die in Elektrofiltern zur Abgasreinigung von Kohlekraftwerken abgeschieden werden. Kieselsäurereiche Flugaschen bestehen hauptsächlich aus kugelförmigen, glasigen Partikeln mit puzzolanischen Eigenschaften und stammen in der Regel aus steinkohlebefeuerten Kraftwerken. Kalkreiche Flugaschen sind feinkörnige Stäube mit hydraulischen und/oder puzzolanischen Eigenschaften. Sie stammen vorwiegend aus Braunkohle-Feuerungsanlagen. Zur Erhöhung der Reaktivität können Flugaschen auch feiner auf gemahlen werden.
Als Flugasche kann auch Reisschalenflugasche eingesetzt werden. Reisschalenflugasche ist erhältlich, indem die das Korn umgebende Reisschale, auch Spelze genannt, in einer Reismühle vom Rohreis getrennt wird. Diese Schalen werden als Energieträger verbrannt. Die so erhältliche Asche ist Reisschalenflugasche und enthält einen hohen Anteil an amorphem Siliziumdioxid.
Beim Schmelzen von Eisenerz im Hochofen fällt Hochofenschlacke an. Durch Granulation, d.h. durch schnelle Abkühlung der bis zu 1.500 °C heißen, flüssigen Schlacke mit Wasser, entsteht Hüttensand, ein überwiegend glasig erstarrter, latent hydraulischer Stoff. Fein vermahlen entwickelt Hüttensand als Hüttensandmehl bei entsprechender Anregung (z.B. durch das Calciumhydroxid aus dem Zementklinker) hydraulische Eigenschaften.
Kieselgel, Silikatstaub oder Microsilika werden als partikuläre Feststoffe oder Suspensionen in Wasser eingesetzt. Insbesondere bestehen diese aus sehr feinen, kugeligen Partikeln mit einem hohen Gehalt (über 85 Gew.%) an amorphem Siliciumdioxid. Silikatstaub entsteht als Filterstaub bei der Herstellung von Silicium oder Siliciumlegierungen. Ausgangsstoff hierfür ist Quarz, der zusammen mit Kohle in Elektroofen bei Temperaturen ab 2500 °C aufgeschmolzen wird.
Puzzolane (P, Q) im Sinne dieser Erfindung sind kieselsäurehaltige oder kiesel- säure- und tonerdehaltige Stoffe aus natürlichen Vorkommen. Sie sind vulkanischen Ursprungs (z.B. Trass, Lava) oder werden aus Tonen, Schiefer oder Sedimentgesteinen gewonnen (Phonolith). Puzzolane haben kein eigenes Erhärtungsvermögen. Sie reagieren erst dann zu festigkeitsbildenden und wasserunlöslichen Verbindungen, wenn sie nach dem Anmachen mit Wasser mit Calciumhydroxid (beispielhaft aus dem Portlandzementklinker) in Berührung kommen. Puzzolane werden als natürliches Puzzolan oder als natürliches getempertes (thermisch behandeltes) Puzzolan (z.B. Phonolith) für die Zementherstellung eingesetzt.
Gebrannter Schiefer, insbesondere gebrannter Ölschiefer, wird in einem speziellen Ofen bei Temperaturen von etwa 800 °C aus natürlichen Schiefervorkommen hergestellt. Fein gemahlen hat gebrannter Schiefer ausgeprägt hydraulische, daneben aber auch puzzolanische Eigenschaften.
Calziumoxid (CaO) und Magnesiumoxid (MgO) im Sinne dieser Erfindung sind fein gemahlene Stoffe, die bei der Herstellung unterschiedlicher Brenntemperatur und Mahlfeinheit unterliegen. Man unterscheidet generell in Weichbrand, Mittebrand (auch kautisch genannt) und Hartbrand. Durch die Brenntemperatur erhält man unterschiedliche Reaktivitäten, die Auswirkungen hinsichtlich des Einsatzes entsprechend dieser Erfindung haben. Die Reaktionsverläufe beim Weichbrand nach Wasserkontakt sind beispielhaft schnell und heftig, beim Mittelbrand langsamer. Der Einsatz kautisch gebrannter Produkte im Leichtbeton bewirkt eine Expansion bereits in der Abbinde-Phase aber auch im ausgehärteten Zustand und wirkt dadurch einer Rissbildung entgegen und vermindert das Schwindverhalten. Hartgebrannte Materialien erzielen diese Eigenschaften nicht. Deshalb werden als Bindemittelzusätze nach dieser Erfindung nur kautisch gebranntes Calziumoxid (CaO) und kautisch gebranntes Magnesiumoxid (MgO) eingesetzt.
Fein aufgemahlener Perlit mit einer Korngröße kleiner 45pm eignet sich als puzzo- lanischer Zusatz im Austausch mit Zement, insbesondere wenn der Wasser zu Zement-Wert (W/Z-Wert) unter 0,40, bevorzugt unter 0,35, beträgt. Es wurde festgestellt, dass bis zu 35 Gew.% Zement ausgetauscht werden kann, ohne dass ein Festigkeitsverlust gegenüber Mischungen mit 100 Gew.% Zement eintritt. Positiv wirkt sich der Austausch auch hinsichtlich der Trockenrohdichte sowie dem Schwindverhalten aus, beides verringert sich.
Der Bindemittelzusammensetzung kann auch Graphen zugesetzt werden. Schon bei geringen Zugabemengen von 75 bis 650 g/m3 je m3 Leichtbetongemisch bewirkt der Zusatz von Grahen eine deutliche Zunahme der Festigkeit, eine beschleunigte Aushärtung sowie eine stark verminderte Wasseraufnahme. Graphene sind zweidimensional, können aber auch in bevorzugter Form mit mehreren Lagen zugegeben werden, z.B. bis zu 5 oder bis zu 10 Lagen.
Durch die Zumischung von Zusatzstoffen wie z. B. Hüttensandmehl, Puzzolan oder Flugasche können Bindemittelzusammensetzunqen mit verschiedenen chemischen und physikalischen Eigenschaften hergestellt werden. Nach DIN EN 197- 1 werden fünf Hauptzementarten unterschieden:
1. Portlandklinkerzemente CEM I
2. Portlandkompositzemente CEM II
3. Hochofenzemente CEM III
4. Puzzolanzemente CEM IV
5. Kompositzemente CEM V wobei 2. bis 5. Bindemittelzusammensetzungen darstellen, weil diese auch Hüttensandmehlanteile bzw. andere Bindemittelzusätze enthalten. Alle aufgeführten Zementarten nach DIN EN 197-1 enthalten zwischen 20 und 100 Gew. % Zementklinker.
Aus ökologischer Sicht ist es besonders vorteilhaft, bei der Betonherstellung Bindemittelzusammensetzungen zu verwenden, bei denen der energieintensive Portlandzementklinkeranteil möglichst gering ist. Der geringste Portlandzementklinkeranteil besteht bei CEM III, welcher zusätzlich in CEM III A (35 bis 65 Gew.% Hüttensandmehlanteil) CEM III B (66 bis 80 Gew.% Hüttensandmehlanteil) und CEM III C (81 bis 85 Gew.% Hüttensandmehlanteil) unterteilt ist.
Ein Nachteil bei der Betonherstellung mit CEM III Zementen ist nach dem Stand der Technik die im Verhältnis zu CEM I und CEM II deutlich verlangsamte Festigkeitsentwicklung, was bei der Herstellung von Betonfertigteilen deutlich verlängerte Ausschalzeiten bedingt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch überraschend Frühfestigkeiten erreicht, die den Frühfestigkeiten von CEM I oder CEM II Zementen nicht nachstehen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es somit bevorzugt, Zemente bzw. Bindemittelzusammensetzungen mit einem Hüttensandmehlanteil von größer 35 Gew.%, insbesondere von größer 65 Gew.%, einzusetzen, insbesondere CEM III A und CEM III B Zemente.
Es können auch Mischungen von Zementen bzw. Bindemittelzusammensetzungen, z.B. Zementen der CEM-Reihe, mit z.B. bis zu 70 Gew.% Flugasche und/oder bis zu 10 Gew.% Mikrosilika eingesetzt werden. Nach einer anderen Ausgestaltung werden Zemente mit bzw. Bindemittelzusammensetzungen u.a. mit Reisschalenflugasche gemischt, z.B. bis zu 70 Gew.%. Feingemahlene Puzzolane können bis zu 35 Gew.% zugemischt werden.
Leichtzuschläqe sind insbesondere allein oder in Mischung einsetzbar. Nach der Erfindung sind Leichtzuschläge mit geringen Schüttdichten von 40 bis 1000 kg/m3, bevorzugt von 50 bis 500 kg/m3 oder von 60 bis 300 kg/m3, einsetzbar, die Schüttdichte wird nach DIN EN 1097-3 bestimmt. Wenn nachfolgend der Begriff „Leichtzuschläge“ (im Plural) verwendet wird, kann es sich um einen im Wesentlichen chemisch einheitlichen oder mehrere unterschiedliche Leichtzuschläge handeln. Der Begriff „Leichtzuschläge“ umfasst somit auch den Begriff „Leichtzuschlag“. Eine geringe Kornfestigkeit bedeutet im Sinne dieser Erfindung, dass diese kleiner 1 N/mm2 beträgt. Eine mittlere Kornfestigkeit bedeutet, dass diese 1 bis 5 N/mm2 beträgt. Hohe Kornfestigkeiten sind solche über 5 N/mm2. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind auch Leichtzuschläge mit geringer Kornfestigkeit von unter 1 ,0 N/mm2 einsetzbar. Die Kornfestigkeit wird nach DIN EN 13055 (Anhang C) bestimmt.
Geeignete Leichtzuschläge auch in Mischung sind (einschließlich exemplarischer Erläuterung):
Bims: Bims ist ein poröses glasiges Vulkangestein. Bims entstand durch gasreiche vulkanische Eruptionen, bei denen die das herausgeschleuderte Magma aufgeschäumt wurde. Solche Leichtzuschläge haben beispielsweise mittlere bis hohe Kornfestigkeiten und Schüttdichten zwischen 400-700 kg/m3.
Blähton: Blähton ist ein aus blähfähigem Ton industriell hergestellter Leichtzuschlag. Blähton zeichnet sich z.B. durch seine runde Kornform aus. Blähton ist z.B. erhältlich, indem Ton getrocknet, gemahlen und bei ca. 1200 °C zum Blähen gebracht und zu kleinen Kügelchen gebrannt wird. Blähton weist, je nach Herstellung, geringe bis hohe Kornfestigkeiten und Schüttdichten zwischen 220 bis 600 kg/m3 auf.
Blähschiefer: Blähschiefer ist ein aus dem natürlichen Rohstoff Schiefer durch ein thermisches Verfahren hergestellter mineralischer Leichtzuschlag. Er zeichnet sich durch eine gedrungene, plattig bis kantige Kornform aus und ist je nachdem, ob nach dem Brand ein Brechvorgang erfolgt oder nicht, mit geschlossener oder offenporiger Oberfläche erhältlich. Blähschiefer weist mittlere bis hohe Kornfestigkei- ten und Schüttdichten zwischen 300 bis 800 kg/m3 auf.
Schaum lava: Schaum lava ist ein zähes, vulkanisches Gestein, das entsprechend der gewünschten Fraktionen gebrochen und ausgeliefert wird. Schaumlava weist eine hohe Kornfestigkeit und Schüttdichten zwischen 800 bis über 1000 kg/m3 auf. Gesinterte Steinkohlenflugasche: Gesinterte Steinkohlenflugasche entsteht bei der Verbrennung staubförmiger Steinkohle in modernen Kraftwerken. Durch Pelletie- rung und anschließendes Sintern der Kugeln entsteht ein Leichtzuschlag mit einer runden Kornform und geschlossener Oberfläche. Gesinterte Steinkohlenflugasche weist eine mittlere bis hohe Kornfestigkeit und Schüttdichten zwischen 400 bis 800 kg/m3 auf.
Kesselsand: Kesselsand entsteht bei der Verbrennung von Steinkohle in den Trockenfeuerungskesseln von Kraftwerken. Kesselsand ist ein im Wasser abgekühltes Sinterprodukt der nicht brennbaren mineralischen Bestandteile der Steinkohle. Kesselsand weist eine mittlere Kornfestigkeit und Schüttdichten zwischen 400 bis 800 kg/m3 auf.
Blähglas: Blähglas ist ein rein mineralischer, faserfreier, aus Recycling-Glas hergestellter Leichtzuschlag. Das Altglas wird zu Glasmehl gemahlen und bei ca. 900 °C aufgebläht. Es zeichnet sich i.d.R. durch eine runde Kornform und eine geschlossene Oberfläche aus. Blähglas weist eine niedrige bis mittlere Kornfestigkeit und Schüttdichten zwischen 200 bis 400 kg/m3 auf.
Blähglimmer: Blähglimmer, gehört zu den Tonmineralien, er entsteht durch die thermische Bearbeitung von Glimmerschiefer, ein durch Verwitterung entstandenes Mineral. Blähglimmer ist z.B. durch Expandieren von Vermiculit erhältlich und weist eine geringe Kornfestigkeit und Schüttdichten zwischen 60 bis 200 kg/m3 auf.
Blähperlit: Blähperlit wird aus durch in der Hitze aufgeblähtem Rohperlit hergestellt. Z.B. können Rohperl itkörner mit einem Durchmesser von 0,2 mm bis 1 ,2 mm in einem Vertikalofen schlagartig auf 800 bis 1000 °C erhitzt werden. Das Gestein schmilzt und gleichzeitig verdampft das enthaltene Wasser. Die zähe Schmelze wird durch den Wasserdampfdruck auf das 10-fache bis 20-fache des Ausgangsvolumens aufgebläht und wird sehr schnell durch den großen Luftstrom aus der heißen Reaktionszone nach oben getragen. Durch die so erfolgende schnelle Abkühlung erstarrt die aufgeblähte Schmelze zu Körnern mit z.B. 0 bis 5 mm Korngröße. Blähperlit weist eine geringe Kornfestigkeit und Schüttdichten von 50 bis 300 kg/m3, insbesondere 60 bis 250 kg/m3, auf. Der Perlit kann vor dem Expansionsvorgang zum Erhalt des Blähperlits mit Silikat, Borat- und/oder Phosphatglas behandelt werden, vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 3 Gew.-% bezogen auf den ungeblähten Perlit, und insbesondere unter Zusatz einer Stickstoffquelle, insbesondere eines Nitrids.
Es sind auch Leichtstoffe einsetzbar, die aus einem Gemisch von Altglas bzw. Siliciumdioxid und Rohperlit in einem thermischen Blähprozess erhältlich sind und Schüttdichten zwischen 80 und 300 kg/m3, insbesondere 80 und 250 kg/m3, aufweisen (Altglas bzw. Siliziumdioxid/Rohperlit-Gemisch).
Weitere geeignete Leichtzuschläge sind aus pflanzlichen Stoffen wie z.B. Holz- wolle-Zspähne, geblähter Mais (Popcorn), geschäumten Holzfasern und Pflanzenschalen, insbesondere Reisschalen, erhältlich. Diese weisen geringe Schüttdichten unter 500 kg/m3 auf.
Auch ist Reisschalenasche ohne weitere Aufbereitung als Leichtzuschlag einsetzbar.
Trotz der Zulassung als Leichtzuschlag entsprechend DIN EN 13055-1 werden Leichtzuschläge mit Schüttdichten unter 250 kg/m3, insbesondere aus Blähperlit und Blähglimmer, bisher nicht in Leichtbetonen eingesetzt. Der Hauptgrund dafür ist, dass diese Leichtzuschläge beim Mischvorgang aufgrund der damit im Zusammenhang stehenden verminderten Kornfestigkeit zumindest teilweise zerstört werden und ein sehr hohes Saugverhalten aufweisen.
Besonders bevorzugt sind als Leichtzuschläge Blähperlit, Blähschiefer, Blähton, Blähglas, Reisschalenasche und deren Mischungen, insbesondere mit Schüttdichten von 40 bis 1000 kg/m3, bevorzugt zwischen 50 bis 500 kg/m3 und insbesondere 60 bis 300 kg/m3.
Betonzusatzmittel im Sinne dieser Erfindung sind Additive, die der Leichtbetonmischung in geringen Mengen zugesetzt werden und vorzugsweise bereits bei der Herstellung der Suspensionsmischung zugesetzt werden, um die chemischen oder physikalischen Eigenschaften der Leichtbetonmischung oder die des Leichtbetons zu verbessern. Betonzusatzmitteln sind z.B. Betonverflüssiger, Fließmittel, Luftporenbildner, Dichtungsmittel, Verzögerer, Beschleuniger, Einpresshilfen, Hydrophobierer, Stabilisieren, Fasern oder Schwindreduzierer.
Hervorzuheben sind als Betonzusatzmittel hier:
- als Betonverflüssiger: Polycarboxylate, insbesondere Polycarboxylatether, Lig- ninsulfonate (auch Lignosulfonsäure), Melamin-Formaldehyd-Sulfonate, Naph- thalin-Formaldehyd-Sulfonate, Hydroxycarbonsäuren und deren Salze,
- als Luftporenbildner Tenside: wie z.B. oberflächenaktive Substanzen auf Basis von modifizierten Naturprodukten etwa Wurzelharzseifen,
- Hydrophobierer wie Siloxane/Alkylalkoxysilane, Fettsäuren, Fettsäuresalze, Polymere (Kunstharzdispersionen),
- Fasern mit einer Faserlänge von 2 bis 18 mm. Die Fasern können aus organischen Polymeren (wie Polyamiden wie z.B. Aramid oder Polyolefinen wie z.B. Polypropylen), Glas, Kohle, Stahl oder Basalt bestehen. Es sind auch Mischungen von unterschiedlichen Fasern einsetzbar, wobei die Fasern zusammen mit dem Leichtzuschlägen eingesetzt werden,
- Füllstoffe in Form von Gesteinsmehl (Korngröße kleiner 0,063 mm), besonders bevorzugt in Form von Kalksteinmehl oder Quarzmehl,
- Füllstoffe in Form von Gesteinskörnung 0 bis 2 mm (Korngröße) mit Rohdichten ab 2000 kg/m3 (entsprechend DIN EN 12620 und DIN 1405-2). Sie können aus Quarzgestein, Grauwacke, Basalt, Dolomit, vulkanisches Gestein, Schiefer (Tonschiefer) und anderen, auch rezyklierten (entsprechend DIN EN 12620:2008-07) Gesteinskörnungen, bestehen.
Der Leichtbeton lässt sich durch das Verhältnis von Leichtzuschlag zu Gesteinskörnung in einem Bereich der Trockenrohdichte von 200 kg/m3 bis 1999 kg/m3 und durch die Art und Zugabemenge der Bindemittelzusammensetzung sowie der Wassermenge hinsichtlich der Druckfestigkeit konfektionieren. Der Leichtbeton kann z.B. pump-/ und spritzfähig eingestellt werden.
Das Verfahren zur Herstellung umfasst ein zweistufiges Mischen: ein erstes Mischen zur Herstellung einer Bindemittelsuspension und ein zweites Mischen umfasst das Mischen der so hergestellten Bindemittelsuspension mit zumindest den Leichtzuschlägen. Die Bindemittelsuspension umfasst zumindest das Bindemittelgemisch und Wasser. Das (erste) Mischen mit einem schnell-laufende Rührwerkzeug unterscheidet sich von dem (zweiten) Mischen mit einem langsam-laufenden Rührwerkzeug dadurch, dass die Umfangsgeschwindigkeit beim Mischen mit dem schnell-laufende Rührwerkzeug mindestens 3-mal so hoch ist.
Der erste Schritt des Mischens erfolgt mit einem schnell-laufende Rührwerkzeug und weist z.B. eine Drehzahl von größer 100 U/min, insbesondere 150 U/min, auf. Geeigneterweise liegt eine Umfangsgeschwindigkeit des Rührwerkzeugs zwischen 3 und 20 m/s, vorzugsweise zwischen 8 und 17 m/s, vor.
Der zweite Schritt des Mischens erfolgt mit einem langsam -laufenden Rührwerkzeug und weist z.B. Drehzahlen unter 60 U/min, insbesondere unter 45 U/min, auf, z.B. 15 bis 25 U/min. Geeigneterweise liegt die Umfangsgeschwindigkeit des Rührwerkzeugs zwischen 0,9 und 1 ,25 m/s, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,8 m/s, vor.
Die Umfangsgeschwindigkeit des Rührwerkzeugs bezieht sich jeweils auf den längst möglichen Umfang, wenn z.B. als Rührwerkzeug Paddel unterschiedlicher Länge eingesetzt werden. Sind in einem Mischer mehrere Rührwerkzeuge oder Rührzonen vorhanden, ist das Rührwerkzeug mit der größeren Umfangsgeschwindigkeit oder Froude-Zahl maßgeblich. Die Drehzahl des Rührwerkzeugs ist ein weniger geeignetes Maß, weil die Mischwirkung auch stark von der Geometrie des Rührwerkzeugs abhängt.
Zur Beschreibung des Mischens eignet sich die dimensionslose Kennzahl nach William Froude, die ein Maß des Verhältnisses zwischen Trägheit und Schwerkraft angibt und allgemein in überkritisch (Mischgutbeschleunigung > Schwerkraftbeschleunigung; Froude-Zahl über 1 ,0) und unterkritisch (Mischgutbeschleunigung < Schwerkraftbeschleunigung; Froude-Zahl unter 1 ,0) eingeteilt wird.
Die Froude-Zahl Fr ist durch folgenden mathematischen Zusammenhang bestimmt: w = Winkelgeschwindigkeit in rad/s r = Radius in m g = Schwerebeschleunigung in m/s2 d = Durchmesser n = Umdrehungen per s löst man die Formel weiter auf, ergibt sich:
Fr=d * n2 * 2 * TT2 / g -> 2 * TT2 / g = 2 * 3,142/ 9,81 = 2,01 -> Fr = d * n2 * 2,01
In Suspensionsmischern wird die Umfangsgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge angegeben: v=d * TT * n und n= v / (iT * d) demnach funktioniert auch:
Fr= v2 * 2 / (d * g)
Das erste Mischen erfolgt insbesondere so, dass die Froude-Zahl zur Herstellung der Suspensionsmischung größer 10, vorzugsweise größer 25, und insbesondere bevorzugt größer 40 beträgt.
Das zweite Mischen erfolgt insbesondere so, dass die Froude-Zahl zur Herstellung der Leichtbetonmischung kleiner 2 beträgt, insbesondere kleiner 1 ,5.
Die Suspensionsmischung weist vorzugsweise eine Fließfähigkeit von zumindest F6 auf. Die Leichtbetonmischung weist am Ende des zweiten Mischens vorzugsweise eine Fließfähigkeit von zumindest F2, vorzugsweise zumindest F4, auf.
Zur Herstellung der Suspensionsmischung, d.h. dem ersten Mischen, ist ein Suspensionsmischer, gelegentlich auch als Kolloidalmischer bezeichnet, geeignet. Der Suspensionsmischer umfasst ein schnell-laufendes Rührwerkzeug. Das schnell-laufende Rührwerkzeug weist vorzugsweise Drehzahlen von über 300 U/rnin, insbesondere 800 bis 2000, U/rnin auf. Geeigneterweise liegt eine Umfangsgeschwindigkeit des Rührwerkzeugs zwischen 3 und 20 m/s, vorzugsweise zwischen 8 und 17 m/s, vor.
Aus der DE 10354888 B4 ist ein besonders geeigneter Suspensionsmischer, dort als Kolloidalmischer bezeichnet, bekannt. Insofern wird auf die Offenbarung und Definition des Suspensionsmischers dort verwiesen und dies hiermit auch zum Gegenstand des vorliegenden Schutzrechts gemacht. Der Suspensionsmischer weist eine obere großvolumigere Vormisch- und eine untere kleinvolumigere Dispergierzone auf und ein zweiteiliges Trennelemente, umfassend einen Leitung und eine Stauscheibe, das die unterschiedlichen Zonen voneinander räumlich abgrenzt. Die Vormisch- und die Dispergierzone sind jeweils mit separaten Rührwerken ausgestattet. Die Rührpaddel der Dispergierzone drücken das Mischgut gegen die Stauscheibe, die über der Rührpaddelzone der Dispergierzone angeordnet ist und mittig eine kreisförmige Ausnehmung aufweist. Das Mischgut schlägt nachfolgend auf den Leitung auf, der über der Stauscheibe angeordnet ist und hinsichtlich seines Außen- und Innendurchmessers durchmesserkleiner als die Stauscheibe ist. Das Mischgut schiebt sich an dem Leitung entlang nach außen und oben und wird hierbei durch einen umlaufenden äußeren Ringschlitz zwischen Leitung und Mischerinnenwand in die Vormischzone gedrückt. Das Mischgut fällt anschließend in der Mitte der Vormischzone zusammen und gelangt somit durch das von oben gesehen erste Trennelement, den Leitung, wieder in die Dispergierzone.
Aus der DE 102011102988 A1 ist ein weiterer geeigneter Suspensionsmischer bekannt, aufweisend eine obere Umwälzzone / Vormischzone und eine untere Dispergierzone, wobei in der Dispergierzone zumindest ein Mischwerkzeug mit Mischachse und Mischpaddeln vorgesehen ist und zumindest ein Trennelement, das Umwälzzone und Dispergierzone voneinander räumlich abgrenzt und das Trennelement zumindest einen äußeren rührachsenfernen und einen inneren rührachsennahen Durchlass freigibt, der innere Durchlass den Materialfluss von der Umwälzzone in der Dispergierzone und der äußere Durchlass den Materialfluss von der Dispergierzone in die Umwälzzone bewerkstelligt und der äußere Durchlass über der Ebene der Mischpaddel angeordnet ist, wobei zumindest der äußere Durchlass in seiner (Gesamt-)Durchtrittsfläche von außen während des Mischvorganges veränderbar ist. Der Suspensionsmischer nach der DE 102011102988 A1 weist hierzu bevorzugt zwei Kammern (Vormischzone und Dispergierzone) auf. Das Mischgut wird passiv in der Vormischzone durch den Austritt des flüssigen Mischgutes über ein Trennelement bewegt, wobei das Mischgut über einen größeren Einlass im T rennelement, vorzugsweise angeordnet über der Drehachse, in die Dispergierzone zunächst eingesogen wird. Dort wird das Mischgut von einem schnell-laufenden Rührwerk erfasst und radial nach außen, vorzugsweise auch nach oben, gepresst, wobei das Mischgut hierbei in Fließrichtung durch kleinere Öffnungen der Trennscheibe tritt bzw. durch kleinere Öffnungen zwischen äußerem Rand der Trennscheibe und Behälterwand. Die kleineren Öffnungen sind vorzugsweise auf dem äußeren Umfang der Trennscheibe angeordnet. Kleiner und größer bezeichnen hierbei das relative Flächenverhältnis der kleineren Austrittsöffnungen zu der/den größeren Eintrittsöffnungen in die Dispergierzone.
Das zweite Mischen umfasst das Mischen der so hergestellten Suspensionsmischung mit zumindest den Leichtzuschlägen. Hierzu sind Freifallmischer geeignet oder Konusmischer, wenn diese mit niedriger Drehzahl bzw. niedriger Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden.
Den Freifallmischer gibt es in sehr unterschiedlichen Baugrößen. Als Kleingerät mit einigen Litern Volumen sind sie im Heimwerker- und teilweise auch im Handwerksbereich für den Baustelleneinsatz verbreitet. In industriellen Baugrößen mit 0,5 und mehr Kubikmeter Fassungsvermögen werden sie stationär in Transportbeton- und Fertigteilwerken eingesetzt. Das Grundprinzip ist gleich. Der Mischvorgang erfolgt in einer drehbaren Trommel. In der Trommel erfolgt auch die Beschickung durch die Trommelöffnung. Im Innern der Trommel befindet sich eine Spirale oder Schaufeln, welche feststehend an der Trommelwand befestigt sind, die bei jeder Drehung einen Teil des Mischguts aufnimmt und anhebt.
Konusmischer weisen seitliche Abstreifer an der unteren Konuswand und eine zentrische Welle mit einer archimedischen Schnecke und/oder an der zentrischen Welle befestigte, schräg gestellte Paddel und/oder eine Kombination davon auf. Dieser Mischer Typ mit sich nach unten konusförmig verengendem Mischraum zeichnet sich dadurch aus, dass das Mischgut aufgrund der Bauform beim Vermischen von unten nach oben transportiert wird und sich aufgrund der Bauform seitlich von der Schnecke / den Paddeln ablöst und im freien Fall über Schwerkraft wieder nach unten bewegt. Es können sowohl die zentrisch angeordnete Welle / Achse als auch der Abstreifer mit unterschiedlicher Drehzahl betrieben werden. Somit ist der Konusmischer, je nach eingestellter Drehzahl, in der Lage, mit einer Froude Zahl größer 10 oder größer 25 als auch kleiner 2,5 oder auch kleiner 1 ,5 zu arbeiten.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Leichtbetonmischung werden parallel und/oder nacheinander 2 unterschiedliche Mischer-Typen bzw. ein Mischer eingesetzt, mit dem bei einer Froude Zahl größer 10 eine Suspensionsmischung angemischt wird und ggf. Gesteinskörnung und weitere Stoffe zugegeben werden und anschließend die Leichtzuschläge, auch mit geringer Schüttdichte und Kornfestigkeit, mit dem restlichen Mischgut mit einer Froude-Zahl kleiner 2,5 matenalschonend homogenisiert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Leichtbeton, wenn er als Bauelement hergestellt wird, auf wenigstens einer, bevorzugt auf beiden Hauptoberflächen (also den beiden großen Flächen vom Bauelement) Deckschichten auf. Vor dem Einbringen des erfindungsgemäßen Leichtbetons in eine Form (z.B. eine Schalform) kann eine erste, gegenüber dem erfindungsgemäßen Leichtbeton mi- schung dünnere Schicht, aus einem anderen, hydraulisch aushärtenden Material in einer vorbestimmten Auftragsstärke eingebracht werden, auf die der erfindungsgemäße Leichtbeton aufgebracht wird, sich verbindet und aushärtet. Nach entsprechender Festigkeit und/oder Aushärtung kann eine zweite Schicht aus dem gleichen oder einem anderen hydraulisch aushärtendem Material, die sich ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Leichtbeton verbindet, aufgebracht werden. Somit können ein- und/oder beidseitig mit einer Deckschicht beschichtete Elemente einfach, schnell und kostengünstig hergestellt werden. Das hydraulisch aushärtende Material kann ein sogenanntes Putzsystem sein, umfassend einen Putzmörtel.
Eine solche Deckschicht kann beispielsweise auch aus einem abgebundenen anorganischen Putzbindemittel, auch einem Putzbindemittelschlicker, bestehen. Bevorzugt kann in der Deckschicht eine Armierung, insbesondere in Form einer Fasermatte eingebettet sein. Die Fasermatte kann aus Glasfasern, Carbonfasern und/oder Basaltfasern bestehen. Die Fasermatte kann insbesondere auch allein in Rand- beziehungsweise Kantenbereichen vom Bauelement vorgesehen sein, um die Kanten zu festigen. Ebenso ist es möglich bereits im Produktionsprozess, vor dem Einfüllen der erfindungsgemäßen Leichtbetonmischung in die Schalform, Fasermatten zum Schutz vor Schwindrissen und als Haftgrund für nachfolgende Beschichtungen einzulegen oder, nach der zumindest teilweisen Aushärtung, aufzubringen. Damit können beidseitig für nachfolgende Oberflächenbearbeitungen bereits die Vorbereitungen getroffen werden.
Es ist auch möglich, in die Schalform zuerst einen Leichtbetonmischung entsprechend dieser Erfindung einzubringen, welche als Leichtbetonschicht mit entsprechender Dichte und Druckfestigkeit am Bauwerk statische Funktionen übernehmen kann, und auf diesen druckfesten Leichtbeton einen hochdämmenden Leichtbeton geringerer Dichte, hergestellt entsprechend dieser Erfindung, aufzubringen. Für eine bessere Haftung zwischen den unterschiedlichen Leichtbetonen kann ein handelsüblicher Haftvermittler aufgetragen werden, es ist aber auch möglich „nass in nass“ zu arbeiten und damit auf einen Haftvermittler zu verzichten. Ebenso ist es möglich, auf den hochdämmenden Leichtbeton wieder einen druckfesten Leichtbeton aufzubringen. So entsteht ein Sandwich, bei dem die druckfesten Leichtbetone die statische und schützende Funktion und der hochdämmende Leichtbeton geringer Dichte Isolation und zusätzlichen Schallschutz übernehmen.
Durch das Einbringen unterschiedlicher Betondichten an unterschiedlichen Stellen eines Bauteils lässt sich ein sogenannter Gradientenbeton herstellen, wobei Beton, wo dies statisch gefordert wird, mit höherer Dichte und Druckfestigkeit und an den Stellen, wo beispielhaft Wärmendämmung und/oder Gewichtseinsparung eine Rolle spielt, Leichtbeton entsprechend dieser Erfindung eingesetzt wird, wobei grundsätzlich der Übergang unterschiedlicher Betonsorten auch stufenlos bzw. nass in nass erfolgen kann.
Es können in vorbeschriebene Art auch 2 Schichten Normalbeton jeglicher Betongüte hinsichtlich Dichte und Druckfestigkeit eingesetzt werden, indem der erfindungsgemäße Leichtbeton auf die erste Normalbetonschicht in jeder gewünschten Schichtdicke aufgebracht wird und als letzte Schicht wieder ein Normalbeton jeglicher Betongüte hinsichtlich Dichte und Druckfestigkeit aufgebracht wird. Somit erfüllt der erfindungsgemäße Leichtbeton in diesem Sandwichelement die Funktion der Wärme-/ und/oder zusätzliche Schalldämmung, der Normalbeton statische und funktionelle Eigenschaften. Weiterhin ist es möglich, zuerst einen Leichtbeton geringerer Dichte gegenüber Normalbeton in die Schüttform einzubringen, darauf eine handelsübliche Isolierung auf bzw. einzulegen, wie beispielhaft Mineralschaum geringer Dichte (<100 kg/m3), Mineralfaserdämmplatten, Polyurethandämmplatten, Hartschaumplatten, Polystyrol-Hartschaumplatten, Korkplatten, Holzfaserplatten, Zellulosefaserplatten, Schafwolle, Holzwolle etc., und darauf wieder einen Leichtbeton entsprechend dieser Erfindung und die beiden Leichtbetone mittels einbetonierter Verbindungsmittel dauerhaft verbinden, wobei sich die Dichten und Druckfestigkeiten der Leichtbetone unterscheiden können. Der druckfestere Leichtbeton kann beispielhaft statische Funktionen als Innenschale einer Sandwich-Fassade übernehmen.
Vor dem Einbringen des Leichtbetons können Trag- und statische Bewehrungen in die Schüttform eingebracht werden. Auch sogenannte Tragwerke, wie diese in der EP 0808959 B1 beschrieben sind. Die vorgenannten Bewehrungsarten werden vor dem Eingießen des erfindungsgemäßen Leichtbetons in die Gießform eingelegt, von diesem umschlossen und übernehmen nach dem Aushärten vom Leichtbeton die gewünschten Funktionen als Transporthilfe, statische Funktionen sowie Anschlüsse und Fügehilfen am Bauwerk.
Weiterhin können alle gängigen Tragehilfen und Verbindungsmittel einbetoniert werden, indem diese vor dem Einfüllen des Leichtbetons in die Gießform eingebracht und von diesem nach dem Eingießen umhüllt werden.
Weiterhin können vor dem Einbringen des Leichtbetons in die Gießform auch alle Arten von Hohlkörpern eingebracht werden, um eine weitere Gewichtsreduzierung des aus dem erfindungsgemäßen Leichtbetons hergestellten Bauproduktes zu erzielen.
Zur beschleunigten und/oder kontrollierten Aushärtung kann der Leichtbeton nach dem Eingießen in eine Form, insbesondere eine Schalform, in eine Klimakammer verbracht werden. In dieser Klimakammer kann mittels Warmluft und/oder Heißdampf ein Aushärteklima eingestellt werden, welches sich hinsichtlich der Kammertemperatur, je nach den verwendeten Bindemitteln, auf 30 bis 85 °C, insbesondere 35 bis 60 °C, einstellen lässt. Hierdurch kann der Erhärtungsprozess beschleunigt werden, z.B. derart, dass der Leichtbeton bereits nach 4 Stunden aus der Form entnommen werden kann. Die Restfeuchte der Leichtbetone beträgt bei Trockenrohdichten ab 1200 kg/m3, vorzugsweise unter 16 Gew.%, besonders bevorzugt unter 14 Gew.% oder sogar unter 13 Gew.%.
Experimenteller Teil
In den Versuchsbeispielen wurden folgende Rohstoffe eingesetzt:
Zement: CEM I 52, 5R, Fa. Holcim
Zement: CEM I 42, 5R, Fa. Holcim
Zement: CEM II B-S 52, 5R, Fa. Holcim
Zement: CEM III B 42,5L-LH Aqua 4, Fa. Holcim
Flugasche: HP, Fa. Baumineral
Hüttensandmehl: Fa. Holcim Werk Bremen
Mikrosilika: Silicon P, Fa. Sika
Kalksteinmehl (Gesteinsmehl): @-Powder, Fa. Bauminerale
Hydrophobierer: Protec HWA(ST) HA-BE, Ha-Be Betonchemie GmbH, Hameln, Deutschland (Stearat)
CaO (Calziumoxid): WFK 11/6, Fa. Felswerke
Fließmittel: PCE Powerflow 5101 , Fa. MC-Bauchemie
Fließmittel: ACE 430, Fa. BASF SE
Beschleuniger: Fastkick 111 , Fa. MC-Bauchemie
Stabilisator: Centrament 520, Fa. MC-Bauchemie
Schaumbildner: SB 2, Fa. Mapei
Aktivator: Natriummetasilikat: Fa. Impag
Fasern: 6 bis 18 mm SikaFiber PPM-12, Fa. Sika. (Mikro-Polypropylenfasern) SRA: Shrinking Reduction Agent: Centrament SRA 1 , Fa. MC Bauchemie Gesteinskörnung mit der Korngröße 0 bis 2 mm: Sand Fa. Manzke Baustoffe Gesteinskörnung mit der Korngröße 0 bis 5 mm: Kies Fa. Manzke Baustoffe Gesteinskörnung mit der Korngröße 2 bis 8 mm: Kies Fa. Manzke Baustoffe Recycling-Ziegelsplit 2-8 mm: Fa. Manzke Baustoffe
Leichtzuschlag 1 : Blähperlit mit der Korngröße 0-5 mm, Fa. Perliopol Leichtzuschlag 2: Fibo ExClay mit der Korngröße 2-5 mm (Blähton) Soweit nicht anders angegeben, ist die DIN EN 13055 und die dort angegeben Prüfverfahren für die Bestimmung der technischen Eigenschaften der aufgeführten Leichtzuschläge anzuwenden.
Versuchsdurchführung
Die Herstellung der nachfolgend beschriebenen Zusammensetzungen 1 und 2 erfolgte so, dass zuerst Wasser in einem Suspensionsmischer gemäß DE 102011102988 A1 (20 I = maximales Mischvolumen des Mischers) vorgelegt wurde, das Rührwerk eingeschaltet und nacheinander Zement, die Flugasche und die Betonzusatzstoffe zugegeben wurden. Die Vermischung erfolgte im Suspensionsmischer mit einer Froude-Zahl von 48,3 (Mischpaddelgeschwindigkeit, Umfangsgeschwindigkeit 8 m pro Sekunde bezogen die drei drehenden Paddel) zu einer Suspensionsmischung innerhalb von 240 see. (ab Zement-Zugabe). Die Suspensionsmischung wies eine Fließfähigkeit von größer F6 auf.
Danach wurden die Suspensionsmischung unmittelbar in einem Freifallmischer (Firma Atika, 50 I = maximales Mischvolumen des Mischers) verfällt, in dem die Leichtzuschläge mit einem Wasser-Hydrophobierer-Gemisch (300 Gramm Wasser je kg Leichtzuschlag 1 ) zusammen mit den Fasern bereits vorgelegt und vorgemischt waren. Die Suspensionsmischung, Leichtzuschlag 1 und Fasern wurden im Freifallmischer mit einer Froude-Zahl von 0,3 (Trommelumdrehung 0,5 Drehungen pro Sekunde) homogen vermischt. Es wurde 30 I Leichtbetonmischung nach 180 see. (ab Zugabe der Suspensionsmischung) erhalten.
Die Fließfähigkeit wurde jeweils über die Ausbreitmaßklassen F1 bis F6 nach DIN EN 12350-5 definiert. Die Trockenrohdichte ist nach DIN EN 12390-7 im Wärmeschrank bei 105 °C gemessen worden. Der Wasser/B indem ittelwert- (W/B-) Wert ist das Verhältnis zwischen der Masse des Wassers und der Masse des Bindemittels, wobei das Kalksteinmehl (wenn eingesetzt), Mikrosilika und CaO wie die Flugasche dem Bindemittel zuaddiert wurde.
Wasser für das Vornässen von Leichtzuschlägen ist nicht in den Zusammensetzungen enthalten. Die in den nachfolgenden Tabellen fehlende Anteil auf 1000 Liter/m3 waren die im Leichtbeton enthaltenen Luftporen.
Zusammensetzung 1 nach obiger Versuchsdurchführung: Die Leichtbetonmischung wies eine Fließfähigkeit von F6 sowie einen Wasser-zu- Bindem ittelwert von 0,32 auf. Der so hergestellte Leichtbeton wies eine Trockenroh-Dichte von 351 kg/m3 und eine mittlere Druckfestigkeit von 2,5 N/mm2 sowie eine Wärmeleitfähigkeit (Lambdawert X) von 0,095 (W/m2K) auf. Zusammensetzung 2 hergestellt nach obiger Versuchsdurchführung ausgenommen, dass die Leichtzuschläge zusammen mit den Fasern und der Gesteinskörnung im Freifallmischer vorgelegt wurden.
Die Leichtbetonmischung wies eine Fließfähigkeit von größer F6 sowie ein Wasser zu Bindemittelwert von 0,36 auf.
Der so hergestellte Leichtbeton wies eine Trockenroh-Dichte von 581 kg/m3 und eine mittlere Druckfestigkeit von 7,8 N/mm2 nach 28 Tagen auf.
Für die Zusammensetzungen 3 und 4 erfolgte die Herstellung so, dass zuerst Wasser in einem Suspensionsmischer gemäß DE 102011102988 A1 (20 I) vorgelegt wurde, das Rührwerk eingeschaltet und nacheinander zugegeben wurden: a) für Zusammensetzung 3: Zement, Flugasche, Gesteinskörnung 0-2 mm und die Betonzusatzstoffe und b) für Zusammensetzung 4: Zement, Kalksteinmehl, Mikrosilika und Gesteinskörnung 0-2 mm und die Betonzusatzstoffe.
Die Vermischung erfolgte im Suspensionsmischer mit einer Froude-Zahl von 91 ,4 (Mischpaddelgeschwindigkeit, Umfangsgeschwindigkeit 13 m pro Sekunde) zu einer Suspensionsmischung innerhalb von 240 see. (ab Zement-Zugabe). Die Suspensionsmischung wies eine Fließfähigkeit von größer F6 auf.
Danach wurden die Suspensionsmischung unmittelbar in einem Freifallmischer (Firma Atika, 50I) verfallt, in dem die Gesteinskörnung 2-8 mm zusammen mit den Fasern bereits vorgelegt und vorgemischt waren. Danach wurde, während der Freifallmischer weiter mischte, die Suspensionsmischung zu 50% zugegeben, gefolgt von 50% vom Leichtzuschlag 1 , danach die restlichen 50% der Suspensionsmischung und anschließend der restliche Leichtzuschlag 1. Das Mischen im Freifallmischer erfolgte mit einer Froude-Zahl von 0,3 (0,5 Umdrehungen pro Sekunde). Es wurde 30 I Leichtbetonmischung nach 240 see. (ab Zugabe der Suspensionsmischung) erhalten. Zusammensetzung 3:
Die Leichtbetonmischung wies eine Fließfähigkeit von größer F6 sowie einen Wasser-zu-Bindem ittelwert von 0,40 auf.
Der so hergestellte Leichtbeton wies eine Trockenrohdichte von 1 .214 kg/m3 und eine mittlere Druckfestigkeit von 28 N/mm2 nach 28 Tagen auf. Zusammensetzung 4: Die Leichtbetonmischung wies eine Fließfähigkeit von größer F6 sowie einen Wasser-zu-Bindem ittelwert von 0,41 auf.
Der so hergestellte Leichtbeton wies eine Trockenrohdichte von 1 .649 kg/m3 und eine mittlere Druckfestigkeit von 48 N/mm2 nach 28 Tagen auf.
Für die Zusammensetzungen 5 und 6 erfolgte die Herstellung so, dass zuerst Wasser in einem Suspensionsmischer gemäß DE 102011 102988 A1 (20 I) vorgelegt wurde, das Rührwerk eingeschaltet und nacheinander zugegeben wurden: a) für Zusammensetzung 5: Zement, Gesteinskörnung 0-2 mm und die Betonzusatzstoffe und b) für Zusammensetzung 6: Zement, Flugasche, und die Betonzusatzstoffe
Die Vermischung erfolgte im Suspensionsmischer mit einer Froude-Zahl von 91 ,4 (Mischpaddelgeschwindigkeit Umfangsgeschwindigkeit 13 m pro Sekunde) zu einer Suspensionsmischung innerhalb von 240 see. (ab Zement-Zugabe). Die Suspensionsmischung wies eine Fließfähigkeit von > F6 auf.
Für Zusammensetzung 5 wurden danach 50% der Suspensionsmischung unmittelbar in einen Konusmischer (Firma Kniele,100 I = maximales Mischvolumen des Mischers) verfallt, in dem der Leichtzuschlag 2 zusammen mit den Fasern bereits vorgelegt und vorgemischt waren. Dann wurde die restlichen 50% der Suspensionsmischung und anschließend der Leichtzuschlag 1 zugegeben, diese Mischung wurde während des gesamten Mischens mit einer Froude-Zahl von 0,9 (1 ,2 Schneckenumdrehungen pro Sekunde) homogen vermischt. Es wurde 50 I Leichtbetonmischung nach 240 see. (ab Zugabe der Suspensionsmischung) erhalten. Der Leichtbeton wurde für 20h in eine Aushärtekammer bei 38 °C bis 43 °C verbracht und danach ausgeschalt.
Zusammensetzung 5:
Die Leichtbetonmischung wies eine Fließfähigkeit von F6 sowie einen Wasser-zu- Bindem ittelwert von 0,44 auf.
Der so hergestellte Leichtbeton wies eine Trockenrohdichte von 1 .275 kg/m3 und eine mittlere Druckfestigkeit von 34 N/mm2 nach 28 Tagen auf.
Für die Zusammensetzung 6 wurde 50% der Suspensionsmischung wie oben beschreiben in einen Konusmischer (Firma Kniele,100 I = maximales Mischvolumen des Mischers) verfallt, in dem der Recycling-Ziegelsplit zusammen mit den Fasern und der Gesteinskörnung 0-2 mm bereits vorgelegt und vorgemischt waren. Dann wurden die restlichen 50% der Suspensionsmischung gefolgt von Leichtzuschlag 1 dazugegeben, diese Mischung wurde während des gesamten Mischens mit einer Froude Zahl von 0,9 (1 ,2 Schneckenumdrehungen pro Sekunde) homogen vermischt. Es wurde 50 I Leichtbetonmischung nach 240 see. (ab Zugabe der Suspensionsmischung) erhalten. Der Leichtbeton wurde in Formen gefüllt und für 20h in eine Aushärtekammer, die auf etwa 40 °C temperiert wurde, verbracht und danach ausgeschalt. Zusammensetzung 6:
Die Leichtbetonmischung wies eine Fließfähigkeit von größer F6 sowie einen Wasser-zu-Bindem ittelwert von 0,42 auf.
Der so hergestellte Leichtbeton wies eine Trockenrohdichte von 1 .551 kg/m3 und eine mittlere Druckfestigkeit von 42 N/mm2 nach 28 Tagen auf.
Für die Zusammensetzungen 7 erfolgte die Herstellung so, dass zuerst Wasser in den Suspensionsmischer gemäß DE102011102988 A1 (20 I) vorgelegt und Hüttensandmehl und Aktivator zugegeben wurden. Beides wurde vorgemischt und danach erfolgte die Zugabe der Flugasche und der Betonzusatzstoffe. Das Mischen erfolgte im Suspensionsmischer mit einer Froude-Zahl von 91 ,4 (Mischpaddelgeschwindigkeit, Umfangsgeschwindigkeit 13 m pro Sekunde) zum Erhalt der Suspensionsmischung innerhalb von 240 see. (ab Hüttensandmehl-Zugabe). Die Suspensionsmischung wies eine Fließfähigkeit von größer F6 auf.
Danach wurden 50% der Suspensionsmischung in einen Konusmischer (Firma Kniele,100 I) verfallt, in dem die Gesteinskörnung 2 mit Fasern bereits vorgelegt waren. Dann wurde unter fortwährendem Mischen 50% vom Leichtzuschlag 1 dazugegeben, gefolgt von den restlichen 50% der Suspensionsmischung und anschließend der restliche Leichtzuschlag 1. Die Mischung wurde während der gesamten Zeit im Konusmischer mit einer Froude Zahl von 0,9 (1 ,2 Schneckenumdrehungen pro Sekunde) gemischt. Es wurde 50 I Leichtbetonmischung nach 240 see. (ab Zugabe der Suspensionsmischung) erhalten. Der Leichtbeton wurde in Formen gefüllt und für 20h in eine Aushärtekammer, die auf etwa 40 °C temperiert wurde, verbracht und danach aus- geschalt.
Zusammensetzung 7:
Die Leichtbetonmischung wies eine Fließfähigkeit von größer F6 sowie einen Wasser-zu-Bindem ittelwert von 0,46 auf. Der so hergestellte Leichtbeton wies eine Trockenrohdichte von 1.540 kg/m3 und eine mittlere Druckfestigkeit von 38 N/mm2 nach 28 Tagen auf.
Für die Zusammensetzungen 8 erfolgte die Herstellung so, dass zuerst Zement, die Gesteinskörnung 0-2 mm, das Kalksteinmehl, die Betonzusatzstoffe, die Fasern und das Wasser sowie die Betonzusatzstoffe in dieser Reihenfolge in einen Konusmischer (Firma Kniele,100 I = maximales Mischvolumen des Mischers) vorgelegt wurden, das Rührwerk eingeschaltet und mit einer Froude Zahl von 29,5 (7,0 Schneckenumdrehungen pro Sekunde) homogen für 180 see vermischt wurden. Danach wurde der Leichtzuschlag 2 bei gleicher Mischgeschwindigkeit eingefüllt und für insgesamt weitere 180 see vermischt. Anschließend wurde mit einer Froude Zahl von 0,9 (1 ,2 Schneckenumdrehungen pro Sekunde) der Leichtzuschlag 1 mit den Inhaltsstoffen der Leichtbetonmischung innerhalb von 240 see. (ab Zugabe Leichtzuschlag 1 ) homogen zu einer Leichtbetonmischung vermischt. Der Leichtbeton wurde in Formen gefüllt und für 20h in eine Aushärtekammer, die auf etwa 40 °C temperiert wurde, verbracht und danach ausgeschalt.
Zusammensetzung 8:
Die Leichtbetonmischung wies eine Fließfähigkeit von F4 sowie einen Wasser-zu- Bindem ittelwert von 0,42 auf. Der so hergestellte Leichtbeton wies eine Trockenrohdichte von 1 .489 kg/m3 und eine mittlere Druckfestigkeit von 31 N/mm2 nach 28 Tagen auf.
Erstaunlicherweise wurde bei den Versuchsreihen herausgefunden, dass zur Herstellung von Leichtbeton entsprechend dieser Erfindung bei Verwendung von gleichen Mengen CEM III B 42,5 L Zement anstatt CEM I 52,5 R Zement nahezu identische Festigkeitswerte hinsichtlich der Frühfestigkeit im Stundenbereich bis 24h und den Endfestigkeit nach 28 Tagen erzielt wurden, wenn bei der Herstellung vom Bindemittelleim ein CEM III B 42,5 Zement mit Froude Zahl > 100 die Gesteinskörnung bis 2 mm aus der Rezeptur mit vermischt wurde und die Aushärtung der hergestellten Produkte in einer Kammer bei konstanter Temperatur von 40 °C erfolgte.
Die Festigkeitssteigerungen gegenüber der Vermischung ohne Gesteinskörnung lagen nach 20h bei 51 % und nach 28 Tagen = 27%.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Leichtbetonmischung, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
(A) Zusammenbringen von zumindest Wasser und einer Bindemittelzusammensetzung, wobei die Bindemittelzusammensetzung als Bindemittel zumindest Zement oder Geopolymere umfasst, und
Mischen mit einem schnell-laufendem Rührwerkzeug zur Herstellung einer Suspensionsmischung, wobei das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Bindemittelzusammensetzung in der Suspensionsmischung 1 : 5 bis 1 : 1 , insbesondere 1 : 2 bis 2 : 3, beträgt; wobei das Bindemittel mindestens 40 Gew.% der Bindemittelzusammensetzung, vorzugsweise mindestens 50 Gew.%, ausmacht, wobei das Bindemittel als pulverförmiger Feststoff zugesetzt wird, und
(B) Zusammenbringen der Suspensionsmischung oder Anteilen der Suspensionsmischung mit zumindest Leichtzuschlägen oder Anteilen der Leichtzuschläge und
Mischen mit einem langsam-laufendem Rührwerkzeug zur Herstellung einer Leichtbetonmischung, wobei die Leichtzuschläge eine Schüttdichte von 40 bis 1000 kg/m3, bevorzugt zwischen 50 bis 500 kg/m3 und insbesondere 60 bis 300 kg/m3 aufweisen, und wobei das Mischen mit dem schnell-laufendem Rührwerkzeug mit einer Umfangsgeschwindigkeit erfolgt, die mehr als drei-mahl so hoch ist wie die Umfangsgeschwindigkeit beim Mischen mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Mischen mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug mit einer Froude-Zahl kleiner 2,5 und insbesondere kleiner 1 ,5, durchgeführt wird.
3. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mischen mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug in einem Freifallmischer oder einem Konusmischer durchgeführt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mischen mit dem schnell-laufendem Rührwerkzeug mit einer Froude-Zahl größer 10 und insbesondere größer 25 durchgeführt wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mischen mit dem schnell-laufendem Rührwerkzeug zum Erhalt der Suspensionsmischung in einem Suspensionsmischer durchgeführt wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Mischen mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug und das Mischen mit dem schnell-laufendem Rührwerkzeug jeweils in demselben Konusmischer und demselben Rührwerkzeug durchgeführt wird, jeweils bei unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel nur der Suspensionsmischung und insbesondere die Bindemittelzusammensetzung nur der Suspensionsmischung zugesetzt ist.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zunächst 20 bis 70 Gew.%, insbesondere 40 bis 60 Gew.%, der Leichtzuschläge mit 20 bis 70 Gew.%, insbesondere 40 bis 60 Gew.%, der Suspensionsmischung dem Mischen mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug ausgesetzt werden und in der Folge in einem oder mehreren Schritten unter Fortführung des Mischens mit dem langsam-laufendem Rührwerkzeug die verbleibenden Leichtzuschläge und die verbleibende Suspensionsmischung zugegeben werden.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Zusammenbringen von Wasser und der Bindemittelzusammensetzung das Wasser vorgelegt wird und die Bindemittelzusammensetzung, vorzugsweise als pulverförmiger Feststoff, zugesetzt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Zusammenbringen der Suspensionsmischung oder einem Anteil der Suspensionsmischung mit zumindest Leichtzuschlägen oder einem Anteil der Leichtzuschläge die Leichtzuschläge vorgelegt werden.
11 . Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung der Suspensionsmischung Füllstoffe in Form von Gesteinsmehl und/oder Gesteinskörnung 0-2 mm zugegeben werden und das Mischen mit dem schnell-laufende Rührwerkzeug vorzugsweise mit einer Froude Zahl größer 50 und insbesondere größer 100 durchgeführt wird, insbesondere für mindestens 30 see., besonders bevorzugt mindestens 60 see., wobei das Gesteinsmehl vorzugsweise in einer Menge von 50 bis 150 kg je m3 Leichtbetonmischung zugegeben wird, wobei die Gesteinskörnung 0-2 mm vorzugsweise in einer Menge von 100 bis 500 kg je m3 Leichtbetonmischung zugegeben wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung der Suspensionsmischung 0,1 bis 4 Gew.%, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.%, Fließmittel, vorzugsweise auf Basis von Polycarboxylaten, insbesondere Polycarboxylatethern, zugesetzt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung der Suspensionsmischung keine Leichtzuschläge zugesetzt werden.
14. Zusammenbringen der Suspensionsmischung mit einer Fließfähigkeit von zumindest F6 mit den Leichtzuschlägen und Mischen mit zumindest 1 Gew.% Leichtzuschlägen, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.%.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Suspensionsmischung 22 bis 40 Gew.% Wasser zugesetzt ist.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leichtzuschläge eine Korngröße im Bereich von 0 mm bis 6 mm als Korngruppen, insbesondere von 0 bis 2 mm, 0 mm bis 3 mm, 3 bis 5 mm oder 2 bis 8, mm entsprechend jeweils DIN EN 13055 aufweisen.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leichtzuschläge ausgewählt sind aus Blähperlit, Blähschiefer, Blähton, Blähglas, Altglas bzw. Siliziumdioxid/Rohperlit-Gemisch, Reisschalenasche und deren Mischungen.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf die Leichtzuschläge vor dem Inkontaktbringen mit der Suspensionsmischung ein Hydrophobierungsmittel aufgebracht wird.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leichtzuschläge vor dem Inkontaktbringen mit der Suspensionsmischung mit Wasser befeuchtet werden, insbesondere durch Besprühen.
20. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bindemittelzusammensetzung Hüttensandmehl als Bindemittelzusatz umfasst, vorzugsweise 60 bis 80 Massen%.
21 . Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung der Suspensionsmischung als Füller Gesteinsmehl zugegeben wird mit Partikeldurchmessern von 0,001 mm bis 0,1 mm, vorzugsweise bis 0,063.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bindemittelzusammensetzung Flugasche als Bindemittelzusatz und Zement als Bindemittel umfasst und die Flugasche vorzugsweise 10 bis 60 Gew.% der Bindemittelzusammensetzung ausmacht.
23. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bindemittelzusammensetzung ein Geopolymer ist, umfassend
- 2 bis 25 Gew.% Alkalihydroxide und/oder Alkalisilikate und
- 75 bis 98 Gew.% Hüttensandmehl oder
- 2 bis 20 Gew.% Alkalihydroxide und/oder Alkalisilikate und
- 60 bis 78 Gew.% Hüttensandmehl und
- 20 bis 38 Gew.% Flugasche.
24. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bindemittelzusammensetzung Mikrosilika als Bindemittelzusatz und Zement als Bindemittel umfasst und das Mikrosilika in einer Menge zugesetzt wird, dass die Konzentration des Mikrosilika 30 bis 50 kg/m3 in der Leichtbetonmischung ausmacht.
25. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bindemittelzusammensetzung als Bindemittelzusatz durch Aufmahlen aufbereitete Reisschalenflugasche und als Bindemittel Zement umfasst und die Reisschalenflugasche 10 bis 60 Gew.% der Bindemittelzusammensetzung ausmacht.
26. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei kau- tisch gebranntes CaO und/oder kautisch gebranntes MgO in einer Menge von 1 bis 5 Gew.%, bezogen auf die Bindemittelzusammensetzung, zur Herstellung der Suspensionsmischung oder der Leichtbetonmischung zugesetzt ist.
27. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leichtbetonmischung Graphen in einer Menge von 75 bis 650 g/m3 bezogen auf das Leichtbetongemisch zugesetzt ist und das Graphen vorzugsweise zumindest mehr als eine Graphen-Lage aufweist.
28. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leichtbetonmischung Gesteinskömungen mit Partikeldurchmessern von 0,01 bis 8 mm nach DIN EN 12620 umfasst.
29. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit oder nach Zugabe der Leichtzuschläge Fasern aus organischen Polymeren, Glas, Kohle, Stahl oder Basalt mit einer Faserlänge von 2 bis 18 mm zugegeben werden.
30. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leichtbetonmischung ein Luftporenbildner zugegeben wird.
31. Leichtbetonmischung, herstellbar nach einem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.
32. Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton durch Aushärten einer Leichtbetonmischung, hergestellt nach einem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das hydraulische Aushärten der Leichtbetonmischung nach zumindest einem der vorgehenden Ansprüche in einer Form.
33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Leichtbetonmischung in der Form in einer Klimakammer bei 30 °C bis 85 °C, bevorzugt 35 °C bis 60 °C, zumindest teilweise zum Leichtbeton aushärtet.
34. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 32 oder 33, wobei der Leichtbeton eine Trockenrohdichte zwischen 250 und 1 .999 kg/m3 aufweist.
35. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 32 bis 34, wobei der Leichtbeton eine A-Zahl größer 500 aufweist.
36. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 32 bis 35, wobei die untere und die obere Schicht in der Form eine höhere Dichte als die nächstfolgende oder die nächstfolgende weiter innen liegenden Schicht aufweist.
37. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 32 bis 36, wobei eine Isolierung oder ein Hohlkörper in die Form eingebracht wird vor oder während dem Ausfüllen der Form mit der Leichtbetonmischung.
38. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 32 bis 37, wobei die Leichtbetonmischung in Steinformmaschinen in Formen eingebracht und durch Rütteln und/oder Pressen verdichtet wird und daraus Leichtbetonsteine hergestellt werden.
39. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 32 bis 38, wobei in die Form eine Bewehrung und/oder eine Transporthilfe eingelegt ist, insbesondere einer Stahl- und/oder Textilbewehrung, und vorzugsweise jeweils vor dem Einbringen der Leichtbetonmischung.
40. Leichtbeton als Bauteil herstellbar nach einem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 32 bis 39.
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