AT8003U1 - Verfahren zur herstellung eines gasbetonsteines - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gasbetonsteines, bei dem eine Mischung aus einem hydraulischen Bindemittel, einer feinkörnigen Komponente, Wasser und einem Treibmittel hergestellt, in Formen gegossen und getrocknet wird, wobei zur Herstellung des hydraulischen Bindemittels Hausmüll zerkleinert, homogenisiert und mit kalziumhaltigen Additiven wie Dolomit, Calcit, Kalkmergel oder Mergel sowie mit Aluminiumoxid enthaltenden Zuschlagstoffen wie Korundschleifstaub, Tonmergel oder Klinker vermischt und verbrannt wird, danach bis zu 40 Gewichtsprozent Gerüstsilikate, z.B. Tuff, beige¬mengt und das erhaltene Produkt auf eine Korn¬größe kleiner als 0.063 mm aufgemahlen wird. Erfindungsgemäß wird als feinkörnige Komponente Feinschlacke aus Müllverbrennungsanlagen, Hütten- oder Stahlwerksschlacke verwendet. Als Treibmittel wird ein grenzflächenaktives Mittel, etwa Laugenseife oder Kolophoniumseife, eingesetzt.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gasbetonsteines gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Zur Herstellung von Gasbetonsteinen sind unterschiedliche Verfahren bekannt, bei denen je-5 weils eine Mischung aus einer • feinkörnigen Komponente, wie etwa Quarzsand, • Kalk, • einem hydraulischen Bindemittel wie etwa Zement, io · Wasser • sowie einem Treibmittel als Porenbildner verwendet wird.

Kalk und Zement werden hierzu zu etwa gleichen Teilen verwendet und als Treibmittel wird in der Regel Aluminiumpulver eingesetzt. Der Anteil des Treibmittels beträgt hierbei weniger als 15 0.05 Gewichtsprozent der Gesamtmischung. Aus der Reaktion des Kalziumhydroxids mit dem

Aluminium wird Wasserstoff freigesetzt, der für den hohen Porenanteil verantwortlich ist. Die Mischung wird in Formen gegossen, wobei im halbfesten Zustand auch unterschiedliche Formate und Profilierungen geschnitten werden können. Die hohe Festigkeit des Porenbetons wird durch Dampfhärtung in Autoklaven bei ca. 160-220°C und ca. 12-15 bar Druck nach etwa vier 20 bis acht Stunden erreicht. Dabei entweicht der Wasserstoff und die gebildeten Poren füllen sich mit Luft. Durch die Einwirkung des Drucks und des heißen Dampfes wird von der Oberfläche der Sandkörner Kieselsäure ausgelöst, die zusammen mit dem Bindemittel Kalk (Kalkhydrat) kristalline Bindemittelphasen, sogenannte CSH-Phasen, bildet. Diese kristallinen Bindemittel verbinden sich mit den Sandkörnern und schaffen einen festen Verbund der einzelnen Zuschlä-25 ge. Die so gefertigten Gasbetonsteine weisen vergleichsweise niedrige Dichten bis zu etwa 400 kg/m3 auf und verfügen aufgrund der Porenstruktur und deren Lufteinschlüssen über gute Wärmedämmeigenschaften.

Verfahren dieser Art sind aber aufgrund der einzusetzenden Maschinen und Anlagen aufwändig 30 und energieintensiv. So müssen etwa im Autoklaven hohe Drücke über mehrere Stunden aufrecht erhalten werden, wobei der hohe Energieverbrauch in erster Linie auf die erforderliche Wärmebehandlung mit Dampf zurückzuführen ist. Des weiteren ist nachteilig, dass etwa Nut und Federn nachträglich in die Steine eingefräst werden müssen, komplizierte Formen sind aufgrund der notwendigen Dampfhärtung oft nicht möglich. Die zur Herstellung von Gasbeton-35 steinen üblicherweise eingesetzten Quarzsande müssen außerdem hochwertig sein und können mitunter erst nach längerem Transport zur Produktionsstätte bereitgestellt werden. Beim produktionstechnischen Einsatz von Aluminium besteht überdies Explosionsgefahr.

Es ist daher Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und ein vergleichsweise billiges 40 Verfahren bereitzustellen. Diese Ziele werden durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 erreicht.

Anspruch 1 sieht hierbei vor, dass zur Herstellung des für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten hydraulischen Bindemittels Hausmüll zerkleinert, homogenisiert und mit kalzium-45 haltigen Additiven wie Dolomit, Calcit, Kalkmergel oder Mergel sowie mit Aluminiumoxid enthaltenden Zuschlagstoffen wie Korundschleifstaub, Tonmergel oder Klinker vermischt und verbrannt wird, danach bis zu 40 Gewichtsprozent Gerüstsilikate, z.B. Tuff, beigemengt und das erhaltene Produkt auf eine Korngröße kleiner als 0.063 mm aufgemahlen wird. Gemäß Anspruch 1 wird des weiteren als feinkörnige Komponente Feinschlacke aus Müllverbrennungsan-50 lagen, Hütten- oder Stahlwerksschlacke verwendet und als Treibmittel ein grenzflächenaktives Mittel. Diese Bestandteile werden im folgenden näher erläutert.

Typischer Hausmüll enthält in Gew.% meist 59-69% Siliziumoxid, 4.9-7,8% Eisenoxid, 5,1-6,3% Aluminiumoxid und 8,3-10,3% Kalk und eignet sich daher zur Herstellung eines anorganischen 55 Bindemittels für betonartige erhärtende Massen. 3 AT 008 003 U1

Dabei kann die Herstellung des Bindemittels in Müllverbrennungsanlagen erfolgen, die mit speziellen Brennstoffen aus Müll (BRAM) gefahren wird. Bei diesen ergeben sich in Gew.% 18-26% Siliziumoxid, 2-5% Eisenoxid, 4-12% Aluminiumoxid und 58-66% Kalk, sowie 2-5% Magnesiumoxid. 5

Die Brennbett-Temperatur beträgt dabei mindestens 950°C und der Heizwert des Mülls mindestens 13MJ/kg. Letzterer Umstand stellt sicher, dass praktisch keine zusätzliche Primärenergie zur Verbrennung zugesetzt werden muss. io Als Additive können calciumhältige Abfälle aus der Industrie oder kalziumhältiges Gestein, wie Dolomit, Calcit, Kalkmergel u.dgl. zugesetzt werden, die leicht verfügbar sind.

Bei den Zuschlagstoffen können ebenfalls Industrieabfälle, wie Korundschleifstäube, aber auch Tonmergel, Klinker u.dgl. verwendet werden. 15

Im allgemeinen ergibt sich dabei ein Glühverlust von ca. 5%, ein Sulfatgehalt von 4%, ein Chloridgehalt von ca. 3%, ein Blaire-Wert von 5000 cm2/g und ein Basengrad von p>2, wobei die Berechnung des Basengrades über p = (Ca0+Mg0+Al203+Fe203) Si03 erfolgt. 20 Verfahren dieser Art sind bekannt und etwa im österreichischen Gebrauchsmuster GM 4.363 offenbart, wobei sich ein Bindemittel ergibt, das gegenüber den herkömmlich hergestellten Zementen eine erhöhte Druckfestigkeit aufweist und eine deutlich geringere Neigung zur Rissbildung zeigt und auch geringere Expansion aufweist. 25 Durch den sich während des Prozesses ergebenden lonenaustausch und durch Sorbtion werden allfällig im Hausmüll enthaltene Schadstoffe in den Verband eingebunden und sind daher als dem Bindemittel und dem damit hergestellten Beton schwer auslaugbar und stellen daher keine nennenswerte Gefahr für die Umwelt dar. Auf Rohstoffe, deren Gewinnung mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist, kann weitgehend verzichtet werden. Außerdem wird 30 gleichzeitig die Problematik der Lagerung und Behandlung des Hausmülls weitgehend entschärft. Da die Energie im wesentlichen durch den Hausmüll selbst bereitgesteilt wird, ergeben sich auch sehr erhebliche Energieeinsparungen bei der Herstellung des Bindemittels.

Als feinkörnige Komponente wird gemäß Anspruch 1 Feinschlacke aus Müllverbrennungsanla-35 gen (MVA), Hütten- oder Stahlwerksschlacke verwendet. Es handelt sich dabei um die festen, nicht brennbaren Reststoffe, die im Zuge der Verbrennung in Industriefeuerungen oder MVA anfallen.

Bei der Müllverbrennung macht Schlacke noch etwa 35% des ursprünglichen Müllgewichtes 40 aus. Neben den eisenhaltigen Anteilen enthält Müllverbrennungsschlacke auch wesentlich geringere Anteile an Nichteisen-Metallen wie Kupfer, Nickel, Blei, Zink oder Zinn in variierenden Mengen.

Eisenhüttenschlacken können in Hochofenschlacken und Stahlwerksschlacken gegliedert wer-45 den, wobei Hochofenschlacken bei der Produktion von Roheisen im Hochofen und Stahlwerksschlacken bei der Stahlerzeugung in Konvertern, in Elektroofen sowie Siemens-Martin-Öfen anfallen.

Metallhüttenschlacken werden bei der Gewinnung von Nichteisen (NE)-Metallen gebildet. Nach so dem derzeitigen Stand der Technik entstehen pro Tonne Roheisen ca. 250 kg Hochofenschlacke und pro Tonne Rohstahl ca. 120 kg Stahlwerksschlacke. Somit ergeben sich große Mengen an Schlacke, die einer Wiederverwertung zugeführt werden können.

Hochofen- und Stahlwerksschlacke unterscheiden sich zwar hinsichtlich ihrer chemischen 55 Zusammensetzung, aufgrund ihrer Hauptbestandteile Kalziumoxid, Siliziumdioxid, Aluminium- 4 AT 008 003 U1 oxid und Eisenoxid eignen sie sich aber beide ebenfalls zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Es zeigt sich nun, dass aufgrund der chemischen Zusammensetzung des aus Hausmüll ge-5 wonnenen Bindemittels sowie der Feinschlacke aus MVA oder Industriefeuerungen auf den Einsatz von Aluminiumpulver verzichtet werden kann. Stattdessen kann auch ein vergleichsweise billiges Treibmittel wie etwa ein grenzflächenaktives Mittel eingesetzt werden. Darunter werden Verbindungen verstanden, die sich aus ihrer Lösung an Grenzflächen (z.B. Wasser/Öl) stark anreichern und dadurch die Grenzflächenspannung - im Fall von flüssig/gasförmigen io Systemen, die Oberflächenspannung - herabsetzen. Obgleich auch polare Lösungsmittel wie etwa Alkohole, Ether, Pyridine, Alkylformamide etc. grenzflächenaktiv sind, werden im Rahmen der Erfindung vorzugsweise solche Verbindungen als grenzflächenaktive Stoffe verwendet, die über einen lipophilen Kohlenwasserstoff-Rest und über eine, gegebenenfalls auch mehrere, hydrophile funktionale Gruppen (-COONa, -S03Na, -0-S03Na und dergleichen) verfügen; der-15 artige Stoffe werden auch als Tenside oder Detergentien bezeichnet. Gemäß Anspruch 2 kann es sich hierbei um wasserlösliche Natrium- oder Kalium-Salze der gesättigten und ungesättigten höheren Fettsäuren (auch als Laugenseife bezeichnet), gemäß Anspruch 3 um wasserlösliche Natrium- oder Kalium-Salze der Harzsäuren des Kolophoniums (auch als Kolophoniumseife bezeichnet), oder gemäß Anspruch 4 um wasserlösliche Natrium- oder Kalium-Salze der 20 Naphthensäuren (etwa auf Kaseinbasis angereicherte Alkylnaphtalinsulfonsäure) handeln. Gemäß Anspruch 5 wird das grenzflächenaktive Mittel in einer Menge von 0.03 bis 0.001 Gewichtsprozent, bezogen auf die Mischung vor der Trocknung, beigemengt.

Als ein nicht einschränkend zu verstehendes Ausführungsbeispiel kann in absoluten Mengen-25 angaben etwa eine Mischung aus 780 kg des hydraulischen Bindemittels gemäß Anspruch 1, 290 kg Feinschlacke, 250 kg Wasser sowie 0.25 kg des grenzflächenaktiven Mittels hergestellt werden, wobei sich nach Lufttrocknung ein Gasbetonstein mit einer Dichte von etwa 600 kg/m3 ergibt. 30 Die Trocknung kann dabei auch ohne Dampfhärtung und unter Verzicht auf die Herstellung hoher Drücke erfolgen, stattdessen erweist sich Lufttrocknung als ausreichend. Der Reifungsprozess bis zur Verarbeitbarkeit der Gasbetonsteine beträgt hierbei ca. 3-7 Tage, wobei sich bei zunehmender Trocknungszeit die Endfestigkeit erhöht. Dadurch wird nicht nur hohe Energieeinsparung erreicht, sondern es wird auch die Herstellung komplizierterer Formen aufgrund des 35 Entfalls der Dampfautoklaviatur ermöglicht. Die mit dem Einsatz von Aluminiumpulver verbundene Explosionsgefahr entfällt.

Des weiteren zeigt sich, dass sich im Zuge des Aufblähvorganges im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren ein niedrigerer Expansionsdruck einstellt. Dadurch können als 40 Schalungsmaterial für den Guss von Formteilen auch billigere Materialien verwendet werden. Die Verwendung von billigen Rohstoffen wie Hausmüll oder Feinschlacke aus MVA oder Industriefeuerungen stellt eine zusätzliche Kostenreduktion des erfindungsgemäßen Verfahrens sicher. 45 Im praktischen Test der mit erfindungsgemäßem Verfahren hergestellten Gasbetonsteinen zeigt sich außerdem, dass durch die geschlossenzellige Struktur der Gasbetonsteine weniger Wasser gezogen wird und keine Schwindung auftritt, sondern sich im Gegenteil eine geringfügige Schwellung einstellt. Dadurch wird der Gefahr von Rissbildung im Stoßbereich entgegengewirkt. so Die Dichte der mit erfindungsgemäßem Verfahren hergestellten Gasbetonsteinen bewegt sich zwischen 650 und 1200 kg/cm3. Die Druckfestigkeiten sowie die Biegezugfestigkeiten sind von der Dichte abhängig, wobei das Verhältnis zwischen Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit deutlich größer ist als bei Beton, d.h. die vorhandene Biegezugfestigkeit ist in Bezug auf die Druckfestigkeit vergleichsweise hoch. Dadurch ist sichergestellt, dass etwa aus diesem Material 55 hergestellte wärmedämmende Platten über hervorragende Stabilität verfügen. Mithilfe des 5 AT 008 003 U1 erfindungsgemäßen Verfahrens ist es aber auch möglich, den so erzeugten Gasbetonstein mit Fasern, etwa auf Kokos- oder Kunststoffbasis, zu armieren, wodurch die Biegezugfestigkeiten noch erheblich gesteigert werden können. Dabei zeigt sich, dass insbesondere die Verwendung von Feinschlacke anstelle des üblicherweise verwendeten Feinsandes überaus günstige Aus-5 Wirkungen auf die Festigkeit des mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gasbetonsteines ergibt.

Zur Erzielung niedrigerer Dichten bis zu 300 kg/m3 kann zusätzlich zum grenzflächenaktiven Mittel auch pulverförmiges Aluminium verwendet werden, wobei es sich gemäß Anspruch 6 um io Aluminium aus Recyclingstoffen handelt. Auch in diesem Fall kann auf die energieintensive und aufwändige Dampfautoklaviatur verzichtet werden. Gemäß Anspruch 7 wird das pulverförmige Aluminium in einer Menge von 0.05 bis 0.001 Gewichtsprozent, bezogen auf die Mischung vor der Trocknung, beigemengt. Die Menge des verwendeten Aluminiumpulvers wird sich einerseits danach orientieren, in welcher Menge das grenzflächenaktive Mittel eingesetzt wird und ande-15 rerseits davon abhängen, welche Eigenschaften, insbesondere welche Dichte, der letztendliche Gasbetonstein aufweisen soll. Zusätzliche Mengen an Aluminiumpulver sorgen prinzipiell dafür, dass die Porenstruktur nach der Trocknung gröber ausfällt, wodurch sich die Dichte des Gasbetonsteines verringert. Insbesondere ist die durchschnittliche Porengröße von der durchschnittlichen Korngröße des verwendeten Aluminiumpulvers abhängig. Es ist dadurch offensichtlich, 20 dass je nach Mischungsverhältnis und Korngrößen des verwendeten Aluminiumpulvers sowie des Treibmittels unterschiedliche Eigenschaften des letztendlichen Gasbetonsteines verwirklicht werden können.

Insbesondere bei Verwendung von Aluminiumpulver aus Recyclingstoffen haben sich die Maß-25 nahmen gemäß Anspruch 8 als vorteilhaft erwiesen, dem zu Folge das pulverförmige Aluminium vor dessen Beimengung zur Gesamtmischung mit einer Alkohollösung vermengt wird. Aluminium neigt nämlich dazu, sich mit einer Oxidschicht zu überziehen, die das Aluminium reaktionsträger gestaltet. Durch die Beschichtung mit Alkohol wird eine Oxidation der Oberfläche des Aluminiumpulvers unterbunden, wodurch die Wirkung des Aluminiumpulvers im Zuge des erfin-30 dungsgemäßen Verfahrens optimiert wird.

Gemäß Anspruch 9 ist es auch denkbar, dass anstelle der Feinschlacke auch Flugasche aus Müllverbrennungsanlagen, Hütten- oder Stahlwerksschlacke als feinkörnige Komponente verwendet wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, Mengenanteile des hydraulischen Binde-35 mittels gemäß Anspruch 1 auch durch herkömmlichen Zement oder Mengenanteile der Feinschlacke durch herkömmlichen Feinsand zu ersetzen, falls dadurch bestimmte Eigenschaften des so erzeugten Gasbetonsteines optimiert werden können. Als nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele können somit folgende Rezepturen für Gasbetonsteine mit einer Dichte von 500-600 kg/cm3 und Festigkeiten von 25-40 kg/cm2 (nach 28 Tagen Trock-40 nung) angeführt werden: • 330 kg hydraulisches Bindemittel gemäß Anspruch 1, 165 kg Feinsand, 230 kg Wasser und 0.5 kg einer Mischung des grenzflächenaktiven Mittels und Aluminiumpulver • 330 kg hydraulisches Bindemittel gemäß Anspruch 1,165 kg Flugasche, 300 kg Wasser und 45 0.5 kg einer Mischung des grenzflächenaktiven Mittels und Aluminiumpulver • 165 kg hydraulisches Bindemittel gemäß Anspruch 1, 165 kg Zement, 165 kg Flugasche, 300 kg Wasser und 0.5 kg einer Mischung des grenzflächenaktiven Mittels und Aluminiumpulver 50 Durch genau abgestimmte Rezepturen können somit unterschiedliche Eigenschaften der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gasbetonsteine erreicht werden. Durch den Entfall der Dampfhärtung wird außerdem die Einsetzbarkeit auch bei komplizierten Formen wesentlich erleichtert. 55 Die Erfindung stellt somit ein überaus billiges Herstellungsverfahren eines Gasbetonsteines, der

Claims (9)

1. 6 AT 008 003 U1 für den Einsatz als hochqualitativer, wärmedämmender Leichtbaustoff überaus geeignet ist, zur Verfügung. 5 Ansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Gasbetonsteines, bei dem eine Mischung aus einem hydraulischen Bindemittel, einer feinkörnigen Komponente, Wasser und einem Treibmittel hergestellt, in Formen gegossen und getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Her- 10 Stellung des hydraulischen Bindemittels Hausmüll zerkleinert, homogenisiert und mit kalzi umhaltigen Additiven wie Dolomit, Calcit, Kalkmergel oder Mergel sowie mit Aluminiumoxid enthaltenden Zuschlagstoffen wie Korundschleifstaub, Tonmergel oder Klinker vermischt und verbrannt wird, danach bis zu 40 Gewichtsprozent Gerüstsilikate, z.B. Tuff, beigemengt und das erhaltene Produkt auf eine durchschnittliche Korngröße kleiner als 15 0.07 mm, vorzugsweise 0.063 mm, aufgemahlen wird, als feinkörnige Komponente Fein schlacke aus Müllverbrennungsanlagen, Hütten- oder Stahlwerksschlacke verwendet wird und das Treibmittel ein grenzflächenaktives Mittel ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als grenzflächenaktives Mittel 20 wasserlösliche Natrium- oder Kalium-Salze der gesättigten und ungesättigten höheren Fettsäuren verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als grenzflächenaktives Mittel wasserlösliche Natrium- oder Kalium-Salze der Harzsäuren des Kolophoniums (Kolophoni- 25 umseife) verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als grenzflächenaktives Mittel wasserlösliche Natrium- oder Kalium-Salze der Naphthensäuren, vorzugsweise auf Kaseinbasis angereicherte Alkylnaphtalinsulfonsäure, verwendet werden. 30
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das grenzflächenaktive Mittel in einer Menge von 0.03 bis 0.001 Gewichtsprozent, bezogen auf die Mischung vor der Trocknung, beigemengt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzli ches Treibmittel pulverförmiges Aluminium aus Recyclingstoffen verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Aluminium in einer Menge von 0.05 bis 0.001 Gewichtsprozent, bezogen auf die Mischung vor der 40 Trocknung, beigemengt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Aluminium vor dessen Beimengung mit einer Alkohollösung vermengt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als feinkörni ge Komponente Flugasche aus Müllverbrennungsanlagen, Hütten- oder Stahlwerksschlacke verwendet wird. so Keine Zeichnung 55