DD275863A1 - Zementgebundener holzwerkstoff und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Abstract

Zementgebundener Holzwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung, angewendet im Bauwesen fuer Bauelemente, vorrangig plattenfoermige Wandelemente, in Form von Waermedaemm- und Verkleidungsplatten sowie als zementgebundene Spanplatten und fuer Holzbeton. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein Zement auf der Basis von Kalciumaluminatsulfat gefunden wurde, der auf Grund seiner besonderen Rezeptur den problemlosen Einsatz von Laubhoelzern ermoeglicht, ohne dass die den Laubhoelzern eigenen zementschaedigenden Holzinhaltsstoffe wirksam werden koennen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird angewendet im Bauwesen und betrifft einen zementgebundenen Werkstoff, dessen Holzkomponente aus Latibholz gebildet wird und aus dem Bauelemente vorrangig in Form von plattenförmigen Wandelementen hergestellt werden, die als Wärmedämm- oder Verkleidungsplatten Verwendung finden.

Darüber hinaus ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Hnlzwerkstoffes in zementgebundenen Spanplatten sowie bei der Herstellung von Holzbeton möglich.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Zur Herstellung zementgebundener Holzwerkstoffe kommen in der Regel Nadelhölzer zur Anwendung. Der Vorteil von Nadelholz

besteht darin, daß din Konzentration der die Zementabbindung beeinträchtigenden Holzinhaltsstoffe (insbesondere monomoro und ologomere Kohlenwasserstoffe) gering ist.

Die eingeschränkte Verfügbarkeit von Nadelhölzern zwingt immer stärker dazu, auch weniger geeignete, aber ausreichend

vorhandene Laubholzarten bei der Herstellung zementgebundener Holzwerkstoffe einzusetzen. Da derartige Hölzer in der Regel gegenüber Nadelholz eine wesentlich höhere Konzentration an zemontschädigenden Stoffen aufweisen, wodurch diese vielfach für die Produktion zementgebundenor Holzwerkstoffe nicht geeignet sind, muß deren Verwendungsfähigkeit durch

Manipulationen am Holz (vorherige Holzlagerung) oder durch spezielle technologische Verfahrensweisen erreicht werden. Als wirksame Methode Ist dabei die Verwendung sogenannter Abbinderegler oder Mineralisatoren bekannt. Diese haben die Eigenschaft, die Wirkung der zementschädigenden Holzinhaltsstoffe weitgehend zu kompensieren. Als Abbinderegler kommen

vorzugsweise chloridhaltige Substanzen, beispielsweise Magnesiumchlorid oder Calziumchlorid zur Anwendung, da sie akzeptable frhärtungszeiten bewirken, ohne die Endfestigkeit des Werkstoffes zu verschlechtern. Der Nachteil dieser Substanzen ist, daß sie korrosiv sind, was den Einsatz zementgebundener Holzwerkstoffe einschränkt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Abbinderegler liegt in der mangelhaften Dosiermöglichkeit, bezüglich deren Abstimmung

auf die Holzfeuchte und die Holzinhaltsstoffkonzentration, wodurch die Abbindezeit und die Festigkeit der Werkstoffe beim

Einsatz von Laubholz starken Schwankungen unterliegt, was wiederum die Ausschußquote der betreffenden Produkte stark

erhöht.

Eine Möglichkeit, die aufgeführten Nachteile zu umgehen, ergibt sich durch den in der Patentschrift DD WP 2707934

beschriebenen Vorschlag des Zusatzes von amorpher Kieselsäure zum Zemunt. Dies bewirkt, als Folge der hohen puzzolanischen

Aktivität mit dem während der Zementhydretation freigesetzten Ca(OH)₂ sowie ihrer hohen spezifischen Oberfläche, ei,.^

puffernde Wirkung gegenüber den zementochädigondon Holzinhaltsstoffen.

Analog zu konjugierten Zementon sind auch im System Zement/amorphe Kieselsäure die Erstarrungszeiten verlängert und die Frühfestigkeiten verringert, so daß auch hior ökonomische Nachteilo im Fertigungsprozeß zu verzeichnen sind.

/IeI der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, olnon Zement für die Horstollung zemontgobundonor Holzworkstoffe zu finden, der beim Abbinden durch das Holz nicht negativ beeinflußt wird, kurze und konstante Abblndezoiten aufweist, ausreichende und stabile Festigkeiten dos Zemont-Holz-Workstoffee gewährlolstot und kolne korrosiven Eigenschafton hat.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bindemittel für die Herstellung zementgebundener HolzwerkiCoffe zu finden, welches für alle Holzarten einsehbar ist und welches insbesondere die Nachteile bei der Verwendung von I dub.hölzern ausschließt. Dabei wurde überraschenderweise gefunden, daß Zement auf der Basis von Calziumalumina.sulfat die gewünschten positiven Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dieser Zement In gleicher Weise wie Portlandzement aber ohne Zusatz von Abbindebeschleunigern und unter Einsatz aller Holzarten, unabhängig von Einschlag- und Lagerz'Jit im Produktionsprozeß, zur Herstellung zementgebundener Holzwerkstoffe verarbeitet und durch die in dem Holz vorhandenen Holzinhaltsstoffe in seinem Abbinden nicht negativ beeinflußt wird, so daß auch bei sonst ungeeigneten Holzarten keine veränderten Abbindezeiten gegenüber dem Zement mit geeignetem Holz auftreten und gleichmäßige Festigkeiten erzielt werden. Erfind,ingsgemSß hat es eich als vorteilhaft erwiesen, den Zement entsprechend den technologischen Anforderungen in seinen Haupteigenschaften durch eine gezielte Rohstoffauswahl (Variation der Klinikerzusarnmensetzung), durch Variation der Brenntemperatur und eine zusätzliche SOj-Dosierung zu steuern. Auf Grund seiner Klinikerzusammensetzung (dominierende Klinkerphasen sind C₄A₁S, C₂S, C₄AF, CS) sind vorzugsweise Rohstoffe mit niedrigem SiO₂ und hohem AI₂O-Gehalt zur Herstellung des erfindungsgemäßen Zementes geeignet, beispielsweise geschlämmte Kaoline, Bauxite, alumosilikalischo Flugaschen sowie Kalk- und Gipsstein, Anhydrit bzw. als Industrieanfallstoffe gegebene CdO- oder SOj-Träger. Dementsprechend wird ein Zement mit folgendem Klinkerphasenbestand eingesetzt:

C₄A₃S 12-45Ma.-%

C₂S 30-65 Ma.-%

C₄AF 1-15Ma.-%

CS 6-25Ma.-%

Es hat sich erfindungsgemäß weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der Erstarrungsbeginn des Zementes zwischen 5 und 30min und das Erstarrungsende zwischen 6 und 50 min eingestellt wird und wenn die chemise ie Zusammensetzung, das brennregime, die Mahlfeinheit des Zementes und gegebenenfalls die Art und Menge an Zumr.hlstoffen so gesteuert wird, daß die Frühfestigkeiten, gemessen an Standardmörteln, nach 2h etwa 10-20MPa und nach 2-1 h etwa 35-45MPa betragen.

Ausführungsbelsplel Die Erfindung soll nachstehend in 3 Ajsführungsbeispielen näher erläutert werden.

Allgemein lassen sich Erhärtungszeiten und Festigkeitsentwicklung bei Zementen über die Hydratationswärmeentwicklung der Zemente bzw. der Zement-Holzgemische nachweisen. Die Erhärtur jszeiten sind um so kürzer, je eher die Wärmeentwicklung einsetzt. Dabei muß die Wärmeentwicklung ein deutliches Maximum aufweisen, damit es üur Festigkeitsentwicklung kommt. Wie nachfolgend aufgeführt, unterscheiden sich die Hydratationskurven von normalen Poitlandzementen von denen des erfindungsgemäßen Zementes.

Beispiel 1: Dieser Zement itt folgendermaßen charakterisiert; Phasenbestand: C₁A₃S 33Ma.-%

C₂S 36Ma.-%

C₄AF 13Ma.-%

CS 1iMa.-%

CaO frei 23Ma.-% Spez. Oberfläche nachBlaine 4250cm^Jg Druckfestigkeit nach 2 h 18,0MPa

4 h 36,0MPa

24 h 42,9MPa

28 d 56,8MPa

Während bei Portlandzement die Wärmeentwicklung allmählich beginnt, nach etwa 8h ein Maximum durchläuft und dann nach etwa 24h boendet ist, ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Zement eine spontane Wärmeentwicklung, die nach etwa 15h beendet ist. Nachfolgend eine Gegenüberstellung der Hydratationswärmeentwicklung von Portlandzement im Vergleich zum erfindungsgemäßen Zement ohne und mit Holz verschiedener Holzarton:

Zement	Holzart	Hydratationswärmo-	O	koln Maximum	Wärmeentwicklung	Q
		maximum	J/g	sofort	gesamt	J/g
		t	12		t	180
		h		h	190
Portlandzement	_	8	10	24	150
erfind. Zoment	_	sofort	15	15
Portlandzement	Kiofor	12	3	24	80
erfind. Zomont	Kfofer	sofort	15	230
Portlandzement	Pappol	14	48	30
erfind. Zomont	Pappol	sofort	190	220
Portlandzement	Birko		48
erfind. Zomont	Birko	15

Durch Holz wird die Hydratationswärmeentwicklung von Portlandzement, in Abhängigkeit von der Holzart, unterschiedlich stark beeinflußt. Wahrend Nadelholz (Kiefer) die Ausbildung des Maximums nur unwesentlich verzögert und in der Höhe reduziert, somit normale ErhSrtungszeiten und Festigkeiten zu erwarten sind, verlagern Laubholzarten (Pappel, Birke) das Maximum weiter zu längeren Zeiten und reduzieren es so stark, daß sich keine ausreichenden Festigkeiten ausbilden können. Dementsprechend besitzen zementgebundene Holzwerkstoffe bei Verwendung dieser Holzarten ohne entsprechende Abbinderegelung unzureichende Festigkeiten. Dagegen wird der erfindungsgemäße Zement durch die Holzarten kaum bzw. nicht negativ beeinflußt. Das hat zur Folge, daß mit diesem Zement die Produktion zementgebundener Holzwerkstoffe unabhängig von der Holzart, ohne zusätzliche Erhärtungsbeschleuniger mit kurzen, konstanten Abbindezeiten, bei gleichbleibender Qualität der Erzeugnisse erfolgen kann, wie nachfolgende Aufstellung der Festigkeiten von zementgobundtinem Holzwerkstoff (HWL-Platten mit einer Rohdichte von 400 kg/m¹) mit Portlandzement im Vergleich zum erfindungsgem ißen Zement bei verschiedenen Holzarten beweist:

Zement	Holzart	Festigkeit
		Spannung boMO% Stauchung
		N/mm»
Portlandzement	Kiefer	0,25
erfind. Zement	Kiefer	0,30
Portlandzement	Pappel	0,10
erfind. Zement	Pappel	0,27
Portlandzement	Birke	0,06
erfind. Zement	Birke	0,30

Beispiel 2:

Entsprechend den technologischen Gegebenheiten kann es zweckmäßig sein, die sehr kurzen Erstarrungszniten des erfindungsgemäßen Zementes zu verlängern, ohne die Festigkeiten wesentlich abzusenken. Am ökonomischsten wird dies j Aufgabe durch das Zumischen herkömmlicher Portlandzemente gelöst.

erfind. Zement %	Anteile an Portland zement %	Erstarrungs beginn h:min	ende h:min	Druckfestigkeit nach 4h 8h MPa MPa	36,3 33,9 32,2	24 h MPa	28 d MPa
100 90 80	10 20	9 21 29	17 32 38	27,2 25,6 21,0	39,0 39,1 34,3	45,1 4S,? 47,6

Beispiel 3:

Für alle Anwendungsfälle, z. B. für die Herstellung massiver Bauelemente, kann die starke Hydratationswärmeentwicklung durch den Zusatz puzzolanlscher oder latenthydraulischer Zumahlstoffe gemindert werden. Die ι führt zwar zu einer verminderten Frühfestigkeit, sichert aber weiterhin hohe Endfestigkeiten.

erfind.	Hochofen	Anteiloan	Wärme	Druckfestigke.'	'nach	24 h	28 d
Zement	schlacke	Braunkohlen	entwicklung	4h	8h
	%	flugasche				MPa	MPa
	-	%	J/g	MPa	MPa	39,5	45,1
100	20	-	225	27,2	36,3	33,0	43,8
80	-	-	193	20,6	28,4	29,7	41,3
76	25	180	18,3	24,6

Claims (3)

1. Zementgebundener Holzwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzkomponente aus Laubhölzern gebildet wird, daß der Zement aus

12-45 Ma.-% C₄A₃S
30-65 Ma.-% C₂S

1-15Ma.-%C4_AF

6-25Ma.-%CS

besteht, daß bis zu 25% einer puzzolanisch reagierenden Komponente (beispielsweise Flugasche, Ziegelmehl, Kieselgur) oder bis zu 25% einer latenthydraulischen Komponente (zum Beispiel Hochofenschlacke) zugesetzt werden und daß der Zement bis zu 15% SO₃ (vorzugsweise in Form von Gipsstein, Anhydrit oder Anfallgips) enthält.

2. Zementgebundener Holzwerkstoff nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zementanteil bis zu 30% durch Portlandzement ersetzt wird.

3. Verfahren zur Herstellung zementgebundener Holzwerkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß der Erstarrungsbeginn des Zementes zwischen 5 und 30 Minuten und das Erstarrungsende zwischen 8 und 50 Minuten eingestellt wird und ein Brennregime gewählt wird, daß die Frühfestigkeit nach 2 Stunden 10 bis 20MPa und nach 24 Stunden 35 bis 45MPa beträgt.