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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton-Bauelementen, die armiert sein können.
Es gibt verschiedene Methoden, Beton leichter zu machen. Der Grad, in dem dieses Ziel erreicht wird, hängt von der gewählten Methode ab. Die folgenden Methoden sind bekannt : a) Bei der Herstellung von Beton ohne Feinzuschläge wird eine gewisse Verminderung des Gewichtes erzielt, da zwischen den groben Zuschlägen Hohlräume im Beton entstehen. Das spez. Gewicht geht daher von etwa 2, 4 auf etwa 2, 16 g/cm3 zurück. b) Es ist auch bekannt, nur leichte Zuschläge zu verwenden statt der schweren Stein- und
Kiesaggregate, die meist angewendet werden. Das Ausmass, in dem das Gewicht des erhaltenen Betons reduziert wird, verhält sich relativ zu dem Gewicht des an die Stelle der groben Aggregate tretenden Leichtaggregates.
Beispiele für Leichtaggregate sind Bimsstein, Schaumschlacke, Ofenschlacke, expandierter Ton, Schiefer, oder Schieferasche und gesinterte, pulverisierte Brennstoffasche.
Bei Anwendung dieser Methoden beträgt die Dichte des erhaltenen Betons etwa 2,24 bis etwa
1, 12 g/cm3.
Bei den obigen Methoden a) und b) wird von den Standardverfahren nicht abgewichen : die Bestandteile werden in normale Zementmischer eingegeben und der Beton wird nach bekannter Weise angeordnet und vibriert, bis der richtige Verdichtungsgrad erreicht ist.
Leichtbeton, der nach den obigen Verfahren hergestellt wird, hat den Vorteil, dass er bis zu beliebigen Höhen in Formen oder Schalungen gegossen werden kann, ohne dass die verwendete Höhe der Form irgendeine nachteilige Wirkung hätte. Diese Verfahren sind besonders nützlich zum Giessen von stockwerkhohen Wänden im Vertikalguss von Sätzen von vertikalen Füllungen.
Wenn die Dichte des Betons noch weiter verringert werden soll, als dies mittels der Methoden a) und b) möglich ist, wird bekanntlich Luft in die Mischung eingeführt, sei es als vorgebildeter Schaum oder durch Anwendung von chemischen Schäummitteln, wie Aluminiumpulver in Verbindung mit einem Alkali.
Durch diese Methoden kann man Leichtbeton mit einer Dichte von etwa 0, 48 bis 1, 2 g/cm3 herstellen.
Verfahren zur Herstellung von durchlüftetem Beton sind in den GB-PS Nr. 648, 280 und Nr. 1, 040, 442 beschrieben, wobei das Verfahren nach der zuletzt genannten Patentschrift bevorzugt wird.
Wie bereits ausgeführt, gibt es keine Probleme bei der Herstellung von leichterem Beton, wenn man die Schweraggregate durch Feines ersetzt. Wenn man einen leichteren Beton durch Zufuhr von Luft oder Gas produzieren will, treten allerdings einige Nachteile und Probleme auf, die im folgenden zusammengefasst sind : a) Es ist nicht möglich, ein Material zu giessen, dessen Höhe etwa 0, 61 m übersteigt ;
versucht man es dennoch, so erstarrt der Beton nicht homogen, so dass er nicht zu gebrauchen ist. b) Durch die Expansion der Masse um den Stahl (soferne der Beton armiert ist) kommt es zu einem Spalt oberhalb der Stahlverstärkung, wenn sich das Material rundherum hebt, was im allgemeinen als "Schattenbildung" bekannt ist, so dass die Bindungsstärke zwischen dem Armierungsstahl und dem Beton aufgehoben oder stark vermindert wird, wodurch der Anwendungsbereich für einen solchen Beton stark eingeengt wird. c) Es ist technisch schwierig, innerhalb der ganzen Masse Homogenität zu erreichen. d) Da das Material wie ein Brotlaib während des Herstellungsverfahrens aufgeht, verbleibt eine obere Kruste schaumiger oder durchlüfteter Natur, die vor der weiteren Verarbeitung entfernt werden muss. e) In normalen Begasungsverfahren, wie beispielsweise in der GB-PS Nr.
648, 280 beschrieben, ist es nicht möglich, Leichtaggregate zufriedenstellend einzubringen, da in der Masse, die im flüssigen Zustand in die Form gegossen wird, das Aggregat entweder nach oben schwebt oder nach unten sinkt, aber nicht gut und gleichmässig verteilt bleibt.
Der in der GB-PS Nr. 1, 040, 442 beschriebene Prozess eliminiert den unter e) erwähnten Nachteil und mildert die andern.
Es ist ein Ziel der Erfindung, die obigen Nachteile zu verringern und es zu ermöglichen, begasten Beton mit einer grösseren Tiefe als bisher möglich zu giessen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton-Bauelementen, wobei Wasser mit einer Temperatur von 35 bis 75 C, welches als gasentwickelndes Material Aluminiumpulver, Alkali, einen Katalysator und Seife enthält, mit Zement und Zuschlagstoffen gemischt und die Mischung noch während
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Schneidverfahren lässt sich nicht anwenden bei Grobaggregat, da die Drähte die grösseren Teilchen durch das Material ziehen. Aus diesem Grund wird der Block, nachdem man ihn im Autoklaven behandelt hat, zersägt, wenn man Grobaggregat der Mischung zugibt und den Block teilen muss.
Da das erfindungsge- mässe Verfahren die Herstellung von Blöcken ermöglicht, die wesentlich grösser sind als jene, die nach bekannten Verfahren herstellbar sind, wird man den Block so wie er ist verwenden wollen, und ihn nur seltener teilen, wie man das bis jetzt gemacht hat.
Normalerweise hört man mit dem Eingiessen der Mischung in die Form auf, wenn die Mischung einen bestimmten Abstand von oben hat, um den sich in der Form entwickelnden Druck zu kontrollieren, so dass dieser für eine gegebene Formhöhe geeignet ist. Anschliessend daran wird die Form sofort verschlossen, wodurch man den Beton daran hindert, auszufliessen ; der Verschluss erlaubt aber den Abzug von Luft, wenn sich der Beton ausdehnt.
Der Deckel besteht vorzugsweise aus perforierten Holz-, Metall- oder Kunststoffplatten mit Löchern, die etwa 6, 3 x 19 mm gross sind, und Filterpapier oder anderem halbporösem Material, das durch die
Platten gehalten wird. Auf diese Weise kann das überschüssige Gas und Wasser aus der Mischung ent- weichen, so dass a) die Form nicht birst, und b) eine maximale Wassermenge durch die Filtermedien und die Löcher im Verschluss herauskommt, was die Eigenschaften des Produktes stark verbessert. Gewünschtenfalls kann die Form auch an andern
Stellen perforiert sein.
Die Entfernung von überschüssigem Wasser ist aus folgendem Grund sehr wertvoll : Es ist bekannt, dass in allen Betonwerken das Verhältnis Wasser/Zement kritisch ist. Damit die Mischung ausreichend gut fliesst, muss man eine bestimmte Menge an Wasser verwenden, sowohl bei normal dichtem Beton als auch insbesondere in durchgastem Beton, einschliesslich der erfindungsgemässen begasten Betone, die aus Leichtaggregat hergestellt sind. Die kleinste Menge an Wasser, mit der man eine ausreichende Fliessfähigkeit der Mischung erzielen kann, ist grösser als die für die Hydratation absolut notwendige Menge. Es ist in der Industrie bekannt, dass man besonders bei der Herstellung von dichten Betonplatten (z. B.
Pflastersteinen) dieses überschüssige Wasser entfernen kann, indem man in einer Presse einen sehr hohen Druck anwendet, wodurch die Dichte des Betons erhöht wird. Bei einer bevorzugten Durchführungsart der Erfindung wird durch den durch die Gasentwicklung entstehenden Druck etwas überschüssiges Wasser aus dem Beton entfernt, ohne die Dichte zu vergrössern.
Der Beton dehnt sich in der Form durch die Wirkung der Reaktion des Aluminiumpulvers aus, bis die Form gefüllt ist : die Form ist wesentlich früher ausgefüllt als die Expansion aufgehört hätte, wenn die Form offen gewesen wäre. Dieser letzten Expansion wird durch die Stärke der Form entgegengewirkt, so dass die ganze Masse unter Druck steht. Die Druckgrösse wird relativ zur gewünschten endgültigen Dichte des Materials und zur Höhe, bis zu der gegossen wurde, bestimmt. Die besten Werte bzw. Masse für die Zeit für das Giessen der Mischung, die Menge der verbleibenden Gasmenge, die Tiefe zu der gegossen wird, und die Vorrichtung zum Entweichenlassen von Gas und Wasser werden empirisch festgestellt.
Das Aluminiumpulver und die andern Chemikalien, sowie die Temperatur, bei der das Verfahren durchgeführt wird, wählt man derart, dass im Mischer eine sehr rasche Expansion erreicht wird, damit die Aggregate gehalten werden können, und um vor dem Giessen der Mischung einen so hohen Prozentsatz der Gesamtexpansion zu erreichen, dass die Form zu einer grösseren Tiefe gefüllt werden kann, als das bis jetzt mittels der Standardverfahren möglich war. Die endgültige Expansion entwickelt dann in der Form einen Druck, der länger andauert als bei Standardverfahren in offenen Formen üblich war, so dass der Druck in der Form beibehalten wird bis das Material erstarrt ist, wodurch die Bindung zwischen dem Material und einem gegebenenfalls zugegebenen Armierungsstahl, und auch zwischen dem feinen Material und den Grobaggregaten verbessert wird.
Ohne diese letzte Expansion würde sich das Material von dem Deckel zurückziehen ; wenn das in einem gewissen Ausmass eintritt, wird das Produkt dadurch nutzlos.
Bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Beton von oben in die Form gegossen, die hierauf geschlossen wird. Gewünschtenfalls kann der Beton auch in eine geschlossene Form gepumpt werden, z. B. von unten, so wie man Kunststoff beim Spritzgussverfahren in die Form einspritzt.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird eine Ausführungsform einer Form zur Durchführung der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des oberen
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Teiles der Form ; Fig. 2 ist ein Schnitt eines Deckelteiles der Form, wobei Teile darunter gezeigt sind ; und
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf einen Teil des Deckels.
In den Zeichnungen besteht die zusammengesetzte Form aus den vertikalen Seiten --1, 2--, den Enden--3, 4--und aus den entfernbaren vertikalen Trennwänden--5-- : Die Form hat auch eine Basis, die in den Zeichnungen nicht gezeigt ist. Alle diese Glieder sind nicht durchlässig.
Die Form hat einen Verschluss, der allgemein mit --6-- bezeichnet ist. Er besteht aus einer Anzahl von parallelen, streifenförmigen Gliedern --7-- mit nach oben gebogenen Kanten --8--, wobei aneinander- liegende Kanten-8-durch --8-- durch Bolzen --9-- miteinander verbunden werden. Über diesen Gliedern --7-- liegen zwei Verstärkerglieder --10--, die an ihrer Oberfläche durch Bolzen --11-- mit den Gliedern --7-- verbunden sind. Die streifenförmigen Glieder--7, 10--sind beispielshaft als Standard-Kabelträger gezeigt, doch kann auch gewünschtenfalls ein speziell hergestellter einheitlicher Deckel verwendet werden.
Die Glieder --7-- haben Löcher verschiedener Grössen ; es können ovale Schlitze-14--6, 3 x 19 mm sein oder runde Löcher --15-- mit einem Durchmesser von bis zu 6, 3 mm, die wie in Fig. 3 gezeigt, angeordnet sind. Die Lochgrössen und-anordnung können in einem grossen Bereich variiert werden.
Wenn die Form bis auf den Verschluss --6-- zusammengesetzt ist, wird die Mischung in die verschiedenen Abteilungen --16-- zwischen den Trennwänden --5-- bis in die Nähe ihres oberen Endes eingegossen. Der Abstand, der bis zum oberen Ende frei bleibt, wird bei gegebenen Bedingungen empirisch festgestellt. In einer 2, 74 m hohen Form kann das Giessen 152, 4 mm von oben eingestellt werden. In einer sehr niedrigen, z. B. 152, 4 mm hohen Form, sollte das Giessen 25, 4 mm von oben beendet werden. Der Zwischenraum am oberen Ende ist für tiefere Formen grösser, verhält sich aber nicht proportional ; auch hängt er von der für den Beton gewünschten Dichte ab, wobei ein leichterer Beton mehr Gas abgibt.
Ein Filterpapier --20-- wird oben auf die Form gelegt und dann wird der Deckel --6-- festgeklemmt, z. B. mit Hilfe von Ansätzen --21-- an den Endwänden --3, 4-- und Schnappern --22-- an den Haltegliedern --10--. Es können verschiedene Arten von Filterpapier verwendet werden. Die erforderliche
Stärke hängt vom entwickelten Druck ab, der bis zu 0, 7 bar (0, 7 kg/cm2) betragen kann, und von der
Lochgrösse im Verschluss.
Wenn die Löcher im Verschluss klein genug sind, d. h. etwa 1 mm im Durchmesser betragen, wird sogar ohne Filterpapier sehr wenig Feststoff austreten.
Wenn der Beton abgebunden ist, wird der Verschluss entfernt und die Blöcke werden herausgehoben oder sonstwie entfernt. Jede Trennwand mit angrenzendem Block kann einzeln nach Nachlassen des Druckes von End- und Seitenwänden herausgehoben werden.
Die folgenden Vorteile werden durch das beschriebene Verfahren erhalten : a) Da der Beton bis zu einer Höhe von 3 m homogen ist, können grosse, einheitliche Tafeln hergestellt werden, die bis jetzt, soferne sie überhaupt erzeugt werden konnten, aus einer Anzahl von einzelnen aneinandergereihten Planken gemacht wurden. b) Zur Herstellung eines normalen Gasbetons sind beträchtliche technische Schwierigkeiten zu überwinden und es ist eine grosse Fachkenntnis erforderlich, um eine konstante Dichte und ein homogenes Material in Formen bis zu 0, 6 m Höhe zu erhalten. Es ist notwendig, die oberste Kante des gegossenen Materials nach seiner Erstarrung bis zu einigen Millimetern zu entfernen.
Die beschriebene erfindungsgemässe Methode verbessert die Homogenität, selbst über eine viel grössere Tiefe, und die Notwendigkeit, den oberen Teil des gegossenen Materials wegzuschneiden, erübrigt sich. c) Ein bekanntes Gewicht an Material wird in die Form eingegeben, es kommt zu keiner Vergeudung und die zuletzt erreichte Dichte des Materials ist absolut vorherzusagen. d) Vibration ist nicht notwendig :
der in der Masse erzeugte Druck drückt das Material eng um einen gegebenenfalls vorhandenen Armierungsstahl, so dass eine gute Verbindung mit der Stahlarmierung hergestellt wird, im Gegensatz zu dem gewöhnlichen belüfteten Leichtbeton, bei dem die Expansion um den Stahl nach oben zu der sogenannten"Schattenbildung"führt, d. i. ein Spalt zwischen dem oberen Ende des Armierungsstahles und dem Material, was die Haftung des Materials an dem Armierungsstahl stark beeinträchtigt hat.
Der Druck des Materials um die Armierungsstäbe hilft auch, der Korrosionstendenz des Stahles entgegen zu wirken. e) Die Tatsache, dass der Beton unter Druck abbindet, verstärkt nicht nur die Haftung zwischen dem Material und einem gegebenenfalls vorhandenen Armierungsstahl, sondern hat die gleiche Wirkung auch insofern, als das Material in und um das Leichtaggregat gedrückt wird, wodurch die physikalischen
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Eigenschaften des Betons verbessert werden. Sollte es gewünscht sein, ein Profil einzuprägen oder ein
Muster für dekorative oder sonstige Zwecke in die unter Druck stehende Expansionseinheit einzugiessen, so ist auch hier ein klar geschnittenes, exaktes Resultat sichergestellt.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von einigen Beispielen näher erläutert. Das Aktivierungs- mittel, das in den Beispielen erwähnt wird, ist stets eine trockene Pulvermischung, die wie folgt zubereitet wird :
Staubförmiges Aluminiumpulver (z. B. als "120 dust" von der Fa. Alcan Industries Ltd., erhältlich) 10 Massenteile
Natriumcarbonat 17, 5 Massenteile
Natriumstearat 2 Massenteile Eisen (III)-oxyd 10 Massenteile
In allen Beispielen sollte das Grobaggregat im allgemeinen die folgende Siebanalyse haben :
Siebgrösse % Masse Durchgang
19 mm 100
15, 8 mm 90
12, 7 mm 20
9, 5 mm 10
6, 3 mm 5
Nr. 7 Spuren "Leca" und "Aglite" sind Handelsmarken für kommerziell erhältliche gesinterte Tonleichtaggregate (Blähton) "Leca" hat eine Dichte von etwa 0, 4 g/cm3 und "Aglite" hat eine solche von etwa 0, 544 g/cm3.
Wenn Bimsstein als Grobzuschlag verwendet wird, wird er auf eine Grösse von 9, 5 mm zerkleinert, wobei 80% auf einem 12, 7 mm Sieb zurückgehalten werden, mit einer Schüttdichte von etwa 0, 384 bis etwa 0, 448 g/cm3.
Als "Asche" wird Flugasche verwendet, der Rückstand von pulverisierter Kohle nach deren Verbrennung, z. B. für die Erzeugung von Elektrizität.
Als Zement wird normalerweise rasch abbindender Portlandzement verwendet (doch, wie in der GB-PS Nr. 1, 090, 261 vorgeschlagen, kann der Zement auch"Mikrongrössell (pm-Grösse) haben, wobei die in jener Patentschrift erwähnte Menge vermindert wird).
In den Beispielen beziehen sich die Angaben für das Volumen und Dichte im abgebundenen Zustand auf Volumen und Dichte in der gefüllten Form. Es gibt keinen Abfall.
Beispiel l :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Asche 162 kg
Aglite 168, 75 kg
Aktivierungsmittel 960 g
Wasser bei 65 C 0, 13 m3
Die Mischzeit betrug 4, 3 min, das abgebundene Volumen 0, 392 m3 und die Dichte des Produktes 1, 12 g/cm3.
Beispiel 2 :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Asche 162 kg
Aglite 157, 50 kg
Aktivierungsmittel 1450 g
Wasser bei 60 C 0, 19 m3
Die Mischzeit betrug 4, 3 min, das abgebundene Volumen 0, 48 m3 und die Dichte des Produktes 0, 8 g/cm3.
Beispiel 3 :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Asche 86, 40 kg
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Wasser bei 650C 0, 13 m3
Die Mischzeit betrug 4, 0 min, das abgebundene Volumen 0, 39 m3 und die Dichte des Produktes 1, 12 g/cm3.
Beispiel 4 :
Bestandteile Mengen
Zement 75, 60 kg
Asche 151, 20 kg
Leca 189, 90 kg
Aktivierungsmittel 900 g
Wasser bei 65 C 0, 19 m3
Die Mischzeit betrug 4 min, das abgebundene Volumen 0, 51 m3 und die Dichte des Produktes 0, 8 g/cm3.
Beispiel 5 :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Asche 162 kg
Leca 126 kg
Aktivierungsmittel 1000 g
Wasser bei 68 C 0, 1755 m3
Die Mischzeit betrug 4 min, das abgebundene Volumen 0, 49 m3 und die Dichte des Produktes 0, 8 g/cm3.
Beispiel 6 :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Asche 86, 40 kg
Sand 74, 70 kg
Leca 99 kg
Aktivierungsmittel 700 g
Wasser bei 620C 0, 13 m3
Die Mischzeit betrug 4, 5 min, das abgebundene Volumen 0, 32 m3 und die Dichte des Produktes 1, 12 g/cm3.
Beispiel 7 :
Bestandteile Mengen
Zement 75, 60 kg
Sand 151, 20 kg
Leca 189, 90 kg
Aktivierungsmittel 900 g
Wasser bei 65 C 0, 134 m3
Die Mischzeit betrug 3, 5 min, das abgebundene Volumen 0, 49 m3 und die Dichte des Produktes 0, 85 g/cm3.
Beispiel 8 :
Bestandteile. Mengen
Zement 75, 60 kg
Asche 151, 20 kg
Bimsstein (Grobaggregat) 189, 90 kg
Aktivierungsmittel 900 g
Wasser bei 650C 0, 19 m3
Die Mischzeit betrug 4 min, das abgebundene Volumen 0, 53 m3 und die Dichte des Produktes 0, 8 g/cm3.
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Beispiel 9 :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Asche 162 kg
Bimsstein (Grobaggregat) 126 kg
Aktivierungsmittel 1000 g
Wasser bei 68 C 0, 175 m3
Die Mischzeit betrug 4 min, das abgebundene Volumen 0, 6 m3 und die Dichte des Produktes 0, 8 g/cm3.
Beispiel 10 :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Bimssteinstaub 135 kg
Bimsstein (Grobaggregat) 126 kg
Aktivierungsmittel 1000 g
Wasser bei 68 C 0, 19 m3
Die Mischzeit betrug 4 min, das abgebundene Volumen 0, 46 m3 und die Dichte des Produktes
0, 78 g/cm3.
Beispiel 11 :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Bimssteinstaub 151, 20 kg
Bimsstein (Grobaggregat) 99 kg
Aktivierungsmittel 150 g
Wasser bei 67 C 0, 13 m3
Die Mischzeit betrug 4 min, das abgebundene Volumen 0, 3 m3 und die Dichte des Produktes 1, 12 g/cm3.
Beispiel 12 :
Bestandteile Mengen
Zement 108 kg
Sand 162 kg
Bimsstein 99 kg
Aktivierungsmittel 1000 g
Wasser bei 660C 0, 21 m3
Die Mischzeit betrug 4, 1 min, das abgebundene Volumen 0, 44 m3 und die Dichte des Produktes 0, 81 g/cm3.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton-Bauelementen, wobei Wasser mit einer Temperatur von 35 bis 75OC, welches als gasentwickelndes Material Aluminiumpulver, Alkali, einen Katalysator und Seife enthält, mit Zement und Zuschlagstoffen gemischt und die Mischung noch während der Gasentwicklung in Formen gefüllt und erhärten gelassen wird und gegebenenfalls nach Entfernen aus der Form einer Nachbehandlung im Autoklaven unterzogen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mischung bis zu einer vorbestimmten Höhe in eine Form gefüllt wird, die am oberen Ende einen festen, jedoch gas-und flüssigkeitsdurchlässigen Verschluss aufweist, oder einen solchen nach dem Einfüllen aufgesetzt erhält,
die Mischung unter dem Druck des entwickelten Gases bis zu dem festen Verschluss ausdehnen gelassen und unter dem eigenen Quelldruck erstarren gelassen wird, und dass zu diesem Zweck grossformatige, in ihrer Höhenabmessung bis stockwerkhohe Formen verwendet werden.
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