DE102019113570A1

DE102019113570A1 - Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons und eines Bauelements

Info

Publication number: DE102019113570A1
Application number: DE102019113570.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Anton Wolfgang Weber; Ralf Röder
Original assignee: Weko Consulting And Eng Ltd; Weko Consulting And Engineering Ltd
Current assignee: ARCCEN LDT., IE
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2020-11-26

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons, umfassend folgende Schritte: Herstellen eines Zementleims unter Verwendung von Wasser und Zement, Herstellen eines Schaums aus Luft und Schaumbildner und das Zusammenbringen des Zementleims mit dem Schaum, insbesondere in einer Mischstation, und Mischen der beiden Bestandteile zu einem Schaumbeton, dadurch gekennzeichnet, dass als Zement eine Mischung verwendet wird, welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart, insbesondere eines Normalzements, und. einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart, insbesondere eines Schnellzements, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons.
Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2017 129 140 A1 der Anmelderin.
Als Schaumbeton wird ein Beton bezeichnet, der durch Mischen eines Zementleims (welcher insbesondere Zement und Wasser enthält) und eines Schaums entsteht. Schaumbeton unterscheidet sich in diesem Sinne von Porenbeton, der typischerweise durch die Zugabe eines Treibmittels (beispielsweise Aluminiumpulver) in den Zementleim erzeugt wird. Das Treibmittel führt bei der Herstellung von Porenbeton zum Aufschäumen der zähen Zementleimmasse. Dabei erfolgt jedoch keine Mischung von Schaum und Zementleim, wie bei der Herstellung von Schaumbeton.
Das Unterheben von Schaum unter einen Zementleim, und damit die bekannte Herstellung von Schaumbeton, ermöglicht in der Bauindustrie die Bereitstellung neuartiger Bauelemente, wie beispielsweise Dämmplatten aus besagtem Schaumbeton, welche besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweisen.
Gemäß dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, dem Zementleim gewisse Zuschlagstoffe beizufügen, welche insbesondere die Wärmeleitfähigkeit oder die Rohdichte beeinträchtigen können.
Auch wenn sich der bekannte Schaumbeton und die daraus hergestellten Bauelemente als durchaus geeignet herausgestellt haben, liegt doch das grundsätzliche Bedürfnis vor, die Rezeptur weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf eine größere Festigkeit des hergestellten Schaumbetons beziehungsweise Bauelementes.
Gemäß dem ersten Aspekt löst die Erfindung die gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ist demgemäß insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass als Zement eine Mischung verwendet wird, welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart, insbesondere eines Normalzements, und einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart, insbesondere eines Schnellzements, aufweist.
Mit anderen Worten liegt die Idee der Erfindung darin, Schaumbeton in einem Verfahren herzustellen, bei welchem zur Herstellung des Zementleims zwei unterschiedliche Zementsorten oder Zementarten, nämlich insbesondere ein herkömmlicher Zement (beziehungsweise eine herkömmliche Zementart) und ein Sonderzement, nämlich insbesondere ein Schnellzement oder ein schnellhärtender Zement, eingesetzt beziehungsweise gemischt werden.
Hierbei kommt insbesondere dem Schnellzement eine besondere Wichtigkeit zu, da durch die Verwendung (jedenfalls eines Anteils) dieses Schnellzements erreicht wird, dass der Schaumbeton nach dem Mischen von Zementleim und Schaum besonders schnell aushärtet. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der Schaum während des Erhärtungsprozesses des Schaumbetons übermäßig abbauen beziehungsweise einfallen kann. Insgesamt wird dadurch eine höhere Festigkeit oder Stabilität des hergestellten Schaumbetons erreicht.
Die Anmelderin ist somit erstmalig auf die Idee gekommen, die Festigkeit des Schaumbetons zu verbessern, indem die Eigenschaften des verwendeten Zements beziehungsweise der verwendeten Zementmischung hinsichtlich einer besonders zügigen Aushärtezeit angepasst beziehungsweise optimiert werden. Andererseits kann durch die Verwendung des herkömmlichen Normalzements eine gewisse Verlässlichkeit und auch vorteilhafte Kostenstruktur erreicht werden.
Als Normalzement wird dabei insbesondere ein Zement angesehen, wie er in der EN 197(-1) und/oder der DIN 1164 (als Normalzementart) definiert ist.
Insbesondere gilt in diesem Zusammenhang zum Beispiel ein sogenannter 52,5 R-Zement als Normalzement (wobei allerdings auch jegliche andere Kombination aus der Gruppe mit der Bezeichnung AB als Normalzement gelten soll, wobei A aus der Gruppe 32,5; 42,5 und 52,5 gewählt wird und B aus der Gruppe L, N oder R; A betrifft dabei die sogenannte Normfestigkeit, B die sogenannte Anfangsfestigkeit).
Beispielsweise kann Portlandzement im Sinne der Anmeldung als Normalzement angesehen werden.
Als zweite Zementart kann insbesondere ein sogenannter Sonderzement gewählt werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Schnellzement, beispielsweise einen sogenannten CSA-Zement.
Schnellzement wird auch als Blitzzement bezeichnet. Dies ist ein Zement der besonders schnell abbindet. Mörtel, die aus solchem Zement hergestellt sind, haben in der Regel eine Verarbeitungszeit von nur wenigen Minuten. Jedoch können insbesondere auch Zemente mit einer Verarbeitungszeit von bis zu einer Stunde als Schnellzement gelten.
Weil ein Abbinden jedoch viel zu schnell eintritt, gelten Schnellzemente eigentlich als für die Betonherstellung ungeeignet, da Verarbeitungszeiten von unter einer Stunde auf einer Großbaustelle als viel zu kurz gelten.
Die Anmelderin ist daher insbesondere auf die Idee gekommen, derartige Schnellzemente (lediglich) anteilig einzusetzen, um im regulären Baubetrieb die Herstellung von Schaumbeton zu ermöglichen und trotzdem ein schnelleres Erhärten zu erreichen und somit dem zügigen Abbau des Schaums zuvorzukommen.
Typischerweise können Schnellzemente beispielsweise hohe Anteile von Aluminium aufweisen und/oder Kalzium und/oder Sulfonat.
Tatsächlich steht die Abkürzung CSA beim CSA-Zement für Calcium-Sulfo-Aluminat-Zement. Dieser beispielhafte Zement ist ein Schnellzement, der als Rohstoff typischerweise Bauxit und/oder Kalkstein und/oder Gips verwendet.
Allgemein können sich Schnellzemente durch einen hohen Gipsanteil auszeichnen.
Den genannten CSA-Zement könnte man auch als eine Mischung zwischen Portland- und Tonerde-Zement ansehen.
Erfindungsgemäß wird als Zement also eine Mischung von zwei Zementarten verwendet, wobei vorzugsweise der Anteil der ersten Zementart größer als der Anteil der zweiten Zementart ist. Bei der ersten Zementart mit dem größeren Anteil handelt es sich dabei typischerweise um den normalen Zement und bei dem zweiten Anteil der zweiten Zementart um den Sonderzement oder Schnellzement.
Das Verfahren zur Herstellung des Schaumbetons umfasst dabei insbesondere die in Anspruch 1 genannten Schritte, welche nicht zwingend in chronologischer Abfolge erfolgen müssen. Insbesondere erfolgt das Zusammenbringen des Zementleims mit dem Schaum aber natürlich nach dessen jeweiliger Herstellung.
Vorteilhafterweise kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass bei der Herstellung des Zementleims (welche jedenfalls unter Hinzufügung von Wasser und Zement erfolgt) oder (kurz) nachdem dessen Herstellung erfolgt ist, noch eine zusätzliche Mischung (ein sogenannter „Compound“) zugegeben werden kann. Dieser „Compound“ dient insbesondere als „Alkali-Booster“, sorgt also insbesondere für eine höher Alkalität des Zementleims und/oder des Schaumbetons.
Infolge der gänzlich unterschiedlichen Herstellungsarten beim Schaumbeton einerseits (welcher auch Porenleichtbeton oder mineralischer Schaum genannt wird) und beim Porenbeton andererseits, entstehen unterschiedliche Strukturen in dem ausgehärteten Beton. So sind die Poren bei Porenbeton-Bauteilen durch ein Kapillarsystem miteinander verbunden. Porenbeton-Bauteile nehmen aus diesem Grunde Wasser in beträchtlichem Umfang auf. Beim Schaumbeton hingegen sind die einzelnen Poren (zumindest überwiegend) voneinander getrennt und gerade nicht miteinander verbunden. Deswegen können beispielsweise Schaumbeton-Bauteile kein oder nahezu kein Wasser aufnehmen.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen Schaumbeton und Porenbeton liegt in der Herstellungsart: Porenbeton wird unter Einfluss von Wärme und Druck ausgehärtet. Der erfindungsgemäße Schaumbeton erhärtet hingegen typischerweise ohne Zufuhr von Wärme und/oder bei Atmosphärendruck.
Der erfindungsgemäße Schaumbeton kann typischerweise eine Trockenrohdichte von zwischen 10 kg/m³ und 300 kg/m³ aufweisen, insbesondere von zwischen 30 kg/m³ und 190 kg/m³, beispielsweise etwa 120 kg/m³ bis 140 kg/m³.
Der Schaumbeton entsteht erfindungsgemäß durch ein Zusammenbringen oder Vermischen eines Zementleimes mit Schaum. Der Schaum wird dabei typischerweise unter den Zementleim untergehoben oder anders herum. Dies geschieht typischerweise in einer Mischstation, beispielsweise einer Mischstation nach Art eines Rührwerkes. Das Unterheben oder Durchmischen erfolgt dabei in der Regel eher niedrigdrehend. Dies ermöglicht ein schonendes Mischen. Die Mischdauer kann dabei beispielsweise zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten, beispielsweise zwischen 30 Sekunden und 5 Minuten liegen, weiter vorzugsweise zwischen 1 und 2 Minuten.
Der hierfür benötigte Schaum wird typischerweise in einer gesonderten Schaumeinheit erzeugt und der Mischstation dann zugeführt. Alternativ kann der Schaum selbstverständlich auch in der Mischstation selber erzeugt werden, beispielsweise nach Art eines großen Beckens. In beiden Fällen kann in den Schaum, welcher dann in der Mischstation befindlich ist, sukzessive oder getaktet der Zementleim hinzugefügt werden und mit einem Rührwerk untergehoben oder vermischt werden. Der Zementleim wird dabei auch als „Slurry“ bezeichnet.
Vorteilhafterweise geschieht das Umrühren beziehungsweise Unterheben mit einer gewissen Regelmäßigkeit, wobei immer neuer Zementleim stetig zugegeben werden kann. Dies ist ein bekanntes Vorgehen, beispielsweise aus dem Eisschaum- oder Kaiserschmarrn-Herstellungsbereich. Vorzugsweise befindet sich also nicht sämtlicher Zementleim und sämtlicher Schaum bereits am Anfang des Rührprozesses in der Mischstation.
Bei einer beispielhaften Mischstation befinden sich in einem Kubikmeter der gemischten Masse beispielsweise 750 bis 800 Liter Schaum und 100 bis 300 Liter Zementleim. Dies ist aber selbstverständlich nur ein beispielhafter Wert. Das genannte Verhältnis kann selbstverständlich auch zwischen 5:1 und 20:1 liegen, vorzugsweise zwischen 3:1 und 50:1.
Die so hergestellte Masse, welche auch als (flüssiger beziehungsweise viskoser) Schaumbeton oder Schaumbetonrohmaterial bezeichnet werden kann, wird dann typischerweise abgepumpt und zu einem Bauelement weitergeformt oder verarbeitet.
Der Schaum, der mit dem Zementleim zur Herstellung des Schaumbetons vermischt wird, besteht typischerweise aus einer Zusammensetzung von Luft und einem Schaumbildner, welcher Proteine und/oder Aluminiumsalze und/oder Tenside und/oder Wasser aufweist. Der Schaumbildner ist daher typischerweise flüssig oder jedenfalls fluid.
Der Schaumbildner wird mit Luft aufgeschäumt zur Herstellung des Schaums, wozu vorzugsweise einem Luftraum der Schaumbildner zugegeben wird. Dies kann unter Einsatz eines Schaumgenerators erfolgen, welcher dann die Mischstation selbst direkt mit Schaum befüllt oder erst ein separates Becken oder ähnliches, aus welchem der Schaum dann der Mischstation zugeführt wird.
Vorteilhafterweise weist der Schaumbildner und/oder der Schaum und/oder der Schaumbeton Lipide, insbesondere Rhamnolipide, auf.
Der Zementleim wird beispielsweise einem Kolloidmischer entnommen, welcher auch als Kolloidalmischer bezeichnet wird.
Kolloid- beziehungsweise Kolloidalmischer werden zum Beispiel bei der Herstellung von Suspensionen mit kleinsten Partikeln eingesetzt. Neben der gleichmäßigen Verteilung der Feststoffteilchen in der fluiden Phase steht dabei der Aufschluss der Partikel, also das Trennen von Verklumpungen, im Fokus. Der Partikelaufschluss wird unter anderem angestrebt, um eine Erhöhung der reaktiven Oberfläche des Materials zu erreichen. Alternativ kann aber auch jeder andere geeignete Mischer verwendet werden, beispielsweise sogar ein Handmischer oder Ähnliches.
Je nach Anwendungsfall werden bestimmte Zuschlagsstoffe eingesetzt.
Als Zuschlagsstoffe kommen beispielsweise Metakaolin, Microsilika, Nanosilika, Hydroxylapatit, Trycalciumphosphat und/oder pyrogene Kieselsäure in Frage.
Der erfindungsmäße innovative Schaumbeton eröffnet aufgrund seiner wesentlichen Vorteile gegenüber anderen Wärmedämmstoffen (kostengünstig, nicht brennbar, umweltfreundlich, etc.) eine Vielzahl von neuen Anwendungsgebieten. Die naheliegende Entwicklung hin zum Ersatz von Styropor und anderen bekannten Dämmstoffen erfordert eine Anpassung des Schaumbetons an die spezifischen Anforderungsprofile der Bauteilkonstruktionen (zum Beispiel WDVS oder Wärmedämmung von Steil- und Flachdächern). Sowohl in Neubauten als auch in der energetischen Bestandsanierung bilden sich umfangreiche Anwendungspotenziale für die nachhaltige Wärmedämmung. Darüber hinaus werden zukunftsorientierte und vollkommen neue Konstruktionen durch die vorteilhaften Eigenschaften und Fertigungsverfahren des Schaumbetons ermöglicht, wie zum Beispiel tragfähige Verbundkonstruktion für Außenwände und Dächer mit Beton-, Mauerwerk- und Holzelementen.
Ein typischer Einsatz ist in der Außenwand- oder Dachkonstruktion. Insbesondere kann der Schaumbeton aber auch an der Innenwand eingesetzt werden. Vorzugsweise wird er dazu geformt und beispielsweise nach Art von Platten oder Blöcken gesägt und/oder geschnitten.
Hierbei kann er dann besonders vorteilhafterweise als Dämmplatte eingesetzt werden, insbesondere mit besonders niedrigen Wärmeleitfähigkeiteigenschaften .
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Schaumbeton, beziehungsweise das der Mischstation Entnommene, zu einem Bauelement weiterverarbeitet. Sollte das Bauelement allerdings keiner besonderen Form bedürfen, kann das Verfahren auch schon vorher als abgeschlossen gelten. Bei der Weiterverarbeitung kann es sich insbesondere um eine Formgebung und/oder einen Trocknungsprozess handeln.
Optional kann vorgesehen sein, dass der der Mischstation entnommene, noch nicht ausgehärtete Schaumbeton im Autoklav aushärtet. Je nach Anwendungsfall kann eine Nutzung des Autoklavs vorgesehen sein oder nicht.
Beispielsweise für den Fall, dass das Bauelement als Dämmplatte ausgebildet sein soll, sollte der dann gegebenenfalls noch flüssige oder breiige oder viskose Schaumbeton in eine Form gegeben werden, um zu trocknen. Bei der Form kann es sich beispielsweise um eine Verschalung handeln.
Die fertige Dämmplatte kann dann block- oder plattenartig ausgebildet sein. Insbesondere kann das aus der Form Entnommene zugesägt oder zugeschnitten werden oder ähnliches, beispielsweise in eine Plattenform. Aus einer Verschalung können auf diese Weise auch mehrere Dämmplatten herausgearbeitet werden. Auch andere Formen für andere Bauelemente sind selbstverständlich ohne weiteres realisierbar.
Der Schaumbeton kann allerdings auch in ein aus einem anderen Material, wie Holz oder Stein oder ähnliches, bestehendes Element eingegeben werden, welches dann mit dem eingegebenen, getrockneten Schaumbeton das fertige Bauelement darstellt. Das Bauelement kann in diesem Sinne beispielsweise auch andere Materialien als Schaumbeton aufweisen, insbesondere Holz oder Stein oder eine andere Betonsorte oder ähnliches.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als erste Zementart Portlandzement verwendet, insbesondere ein Portlandzement EN 197-1, vorzugsweise 32,5; 42,5 oder 52,5 Portlandzement.
Als zweite Zementart wird vorzugweise der oben beschriebene CSA-Zement, also Calcium-Sulfo-Aluminat-Zement.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis von der ersten Zementart (also beispielsweise Normalzement) zur zweiten Zementart (also beispielsweise Schnellzement) zwischen 1,5 und 4 beziehungsweise zwischen 1,5:1 und 4:1. Vorteilhafterweise liegt das Verhältnis zwischen 1,8 und 2,5, weiter vorzugsweise bei etwa 2:1.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zement (also beispielsweise die erste und/oder zweite Zementart) kleingemahlen wird, beispielsweise nachdem er vermischt wurde oder davor.
Der Mahlprozess kann bis zu einer Partikel- und/oder Korngröße von im Mittel weniger als 10 Mikrometern führen, weiter vorteilhafterweise von weniger als 5 Mikrometern, weiter vorteilhafterweise von zwischen 1 und 4 Mikrometern (im Mittel).
Der Mahlprozess kann beispielsweise in einer Kugelmühle erfolgen.
Typischer Zement hat eine Korngröße von etwa 40 bis 50 Mikrometern.
Gemäß der bevorzugsten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zementleim einen alkalitätserhöhenden Zusatz, einen sogenannten „Compound“ enthält. Dieser kann für eine besonders hohe Alkalität des Zementleims sorgen.
Dieser Zusatz oder „Compound“ kann daher auch als „Alkali-Booster“ bezeichnet werden. Die Masse des Zusatzes kann dabei insbesondere etwa der Masse der Zementart mit dem geringeren Anteil entsprechen, plus/minus 20 Prozent. Beispielsweise kann die Masse des „Compounds“ also beispielsweise der Masse des Schnellzements entsprechen.
Für das Verhältnis von Masse des Zusatzes beziehungsweise „Compounds“ zu Zementmischung kann sich daher ein in etwa ähnliches Verhältnis ergeben wie von erster (einen größeren Anteil aufweisender) Zementart zu zweiter (einen kleineren Anteil aufweisender) Zementart. Das Verhältnis von Zementmischung zu „Compound“ kann dabei also beispielsweise zwischen 2,5 und 5 liegen.
Vorteilhafterweise kann der Zusatz oder „Compound“ Natron und/oder Kalium aufweisen. Diese Stoffe können beispielsweise in oxidischer Form beziehungsweise als Hydroxid verwendet werden.
Sofern Natron verwendet wird, kann dies beispielsweise in Form von Natronlauge, in Pulverform, als Ätznatron oder ähnlichem im „Compound“ vorhanden sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der „Compound“ auch Mikroselikia aufweisen, wie sie an anderer Stelle als Zuschlagstoff in dieser Anmeldung beschrieben werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Herstellung des Zementleims ein Betonverflüssiger oder Plastifizierer verwendet. Hierbei kann es sich insbesondere um ein sogenanntes Fließmittel für Beton nach EN 934-2 handeln. Eine derartige Substanz kann insbesondere durch die Herabsetzung der Oberflächenspannung des Wassers vorteilhafte Eigenschaften herbeiführen, so beispielsweise eine starke Plastifizierung des Schaumbetons, ohne hierbei Luftporen in den Beton einzubringen.
Besonders vorteilhafterweise kann beim Herstellen des Zementleims Flugasche verwendet werden. Vorzugsweise wird hochfeine Flugasche verwendet, welche erfindungsgemäß insbesondere noch einem zusätzlichen Mahlprozess unterzogen worden ist, beispielsweise in einer (separaten) oder derselben Kugelmühle. Bei Flugasche handelt es sich typischerweise um den festen, dispersen (teilchenförmigen, partikelförmigen, staubförmigen) Rückstand von Verbrennungen.
Zusätzlich oder alternativ kann als eine der Zementarten, beispielsweise als erste Zementart, aber grundsätzlich auch ein sogenannter Flugasche-Zement verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes aus Schaumbeton, umfassend folgende Schritte:

• Herstellen eines Schaumbetons nach einem der voranstehenden Verfahren,
• Weiterverarbeiten des Schaumbetons zu einem Bauelement.

Der Schaumbeton kann insbesondere zu einer Dämmplatte weiterverarbeitet werden.
Gemäß einem weiteren, unabhängigen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Rezeptur für einen Zementleim zur Herstellung von Schaumbeton, wobei dieser Zementleim mindestens folgende Bestandteile aufweist:

a) Wasser,
b) Zement einer Mischung, welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart, insbesondere eines Normalzements, und einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart, insbesondere eines Schnellzements, aufweist.

Mit einer derartigen Rezeptur kann insbesondere ein Zementleim hergestellt werden, welcher in einem der oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons beziehungsweise eines Bauelementes benutzt werden kann.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt noch ein Bauelement, beispielsweise eine Dämmplatte, nach Anspruch 10.
Schließlich betrifft die Erfindung gemäß einem letzten Aspekt ein Verfahren nach Anspruch 11.
Die Idee besteht hierbei darin, die erste Zementart gemäß Patentanspruch 1 durch Flugasche zu substituieren. Mit anderen Worten wird Flugasche mit Zement, insbesondere Schnellzement (beispielsweise CSA-Zement), gemischt und dies als (Zement-)Mischung verwendet, welche dann unter Wasserzugabe zur Herstellung eines Zementleims für einen Schaumbeton führt.
Auch eine solche Mischung kann beispielsweise noch gemahlen werden bevor sie mit dem Wasser zusammenkommt. Auch sind die oben beschriebenen Beigaben selbstverständlich möglich, insbesondere die Zugabe des Compounds.
Lediglich aus Gründen der Vollständigkeit sollen bezüglich der vier letztgenannten Aspekte der Erfindung (also hinsichtlich der Patentansprüche 8, 9, 10 und 11) nicht noch einmal sämtliche zum ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen angeführt werden, insbesondere aus Gründen der Übersichtlichkeit der Anmeldung. Sämtliche bezüglich des ersten Aspektes der Erfindung genannten Vorteile und Ausführungen sollen aber auch im Zusammenhang mit den technischen Lehren der Ansprüche 8, 9, 10 und 11 als offenbart gelten.
Schließlich sollen zur Erfindung folgende beispielhafte, stichpunktartige Ausführungen angefügt werden:

Als Richtrezeptur kann gelten: für etwa 130 kg/m³ Trockenrohdichte des Schaumbetons wird ein Zementleim verwendet mit den Bestandteilen:
- Ca. 1/3 CSA-Zement (ca. 10 kg),
- Ca. 2/3 Zement 32,5/42,5 oder 52,5 Portlandzement ca. 64 kg Alkali Booster („Compound“) ca. 10 kg,
- 20 bis 30 Liter H₂O (Wasser),
- und 75 bis 800 Liter Schaum (vorzugsweise auf Basis von Aluminiumsalzen oder Proteinen).

Insbesondere sorgt die Zugabe von Superplastifizierer für bessere Produkteigenschaften im Schaumbeton.
Es erfolgt vorteilhafterweise eine sehr schnelle Bindung/ein sehr schnelles Erstarren des Schaumbetons durch erhöhte Alkalität, bevor der Schaum anfängt, sich in seiner Form und Eigenschaft zu verändern.
Insbesondere erfolgt der Einsatz von Zement(en) mit normaler Partikelgröße von 40 bis 50 Mikrometern, insbesondere beim herkömmlichen Normalzement wie oben beschrieben, der jedoch durch einen weiteren Mahlprozess mittels zum Beispiel einer Kugelmühle auf 2 bis 3 Mikrometer reduziert beziehungsweise heruntergemahlen wird, um verbesserte Materialeigenschaften im Schaumbeton zu erreichen.
Der durch das Mahlen (in einer Kugelmühle oder ähnlichem) erzielte Hochleistungszement (insbesondere auf Basis von Portlandzement) zeigt bessere Materialeigenschaften im Schaumbeton.
Der optionale Einsatz von hochfeiner Flugasche (beziehungsweise je nachdem auch in der Kugelmühle oder ähnlichem hochfein gemahlener Flugasche) im Schaumbeton sorgt für bessere Materialeigenschaften im Schaumbeton.
Dadurch kann in der Fertigung des Endproduktes Schaumbeton auch die CO₂ Emission reduziert werden, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichem Zement, dessen Herstellung CO₂-intensiv ist.
Durch das Mahlen der beschriebenen Rohstoffe mittels einer Kugelmühle wird eine größere Fläche der Partikel insgesamt erreicht. Dies wirkt sich positiv/erhöhend auf die Stabilität des Schaumbetons aus (insbesondere Druckfestigkeit, Biegezug, E-Modul).
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand gegebenenfalls nicht zitierter Unteransprüche sowie anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
Darin zeigen:

1: Nach Art eines sehr schematischen Diagramms, den Kernablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, von den einzelnen Baustoffen bis zur Erstellung eines Schaumbetongemisches in einer Mischstation,
2: in einer ebenfalls sehr schematischen, diagrammartigen Ansicht die mögliche Fortsetzung eines entsprechenden Verfahrens von einem Schaumbetongemisch zu einem fertigen, geformten Bauelement, und
3: in einer Ansicht, etwa entsprechend einem Ausschnitt aus 1 ein alternatives Verfahren, bei welchem eine Zementart (vollständig) durch Flugasche substituiert wird.

Der folgenden Figurenbeschreibung sei vorangestellt, dass gleiche oder vergleichbare Teile mit identischen Bezugszeichen versehen sein können, teilweise unter der Hinzufügung kleiner Buchstaben oder von Apostrophs, wobei diese in den der Figurenbeschreibung nachfolgenden Patentansprüchen der Übersichtlichkeit halber gegebenenfalls fortgelassen sind.
1 zeigt dabei zunächst eine gewisse Zweiteilung: So ist in der linken Hälfte gemäß 1 zunächst die Herstellung eines Zementleims 20 diagrammartig dargestellt.
Hierfür wird Wasser 11 mit einer Zementmischung 12 versetzt, insbesondere unter Beigabe eines Zusatzes 26, welcher vorteilhafterweise die Alkalität des Zementleims 20 erhöhen kann.
Für die Erfindung entscheidend ist hierbei, dass die Zementmischung 12 zwei Zementarten enthält, nämlich eine erste Zementart 27 sowie eine zweite Zementart 28. Typischerweise liegt die erste Zementart 27 im Verhältnis zur zweiten Zementart 28 in einem größeren Anteil vor, weist also einen größeren Gewichtsanteil in der fertigen Zementmischung 12 auf.
Bei der ersten Zementart 27 kann es sich insbesondere um einen Normalzement handeln und/oder bei der zweiten Zementart 28 um einen Sonderzement, beispielsweise um einen Schnellzement.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 kann es sich bei der ersten Zementart 27 beispielsweise um 32,5 oder 42,5 oder 52,5 Normalzement handeln, insbesondere R-Zement (Rapid-Zement). Unabhängig davon kann es sich beispielsweise um einen Portlandzement handeln.
Die zweite Zementart 28 kann beispielsweise von Schnellzement, insbesondere sogenanntem CSA-Zement, bereitgestellt werden. Die Vermengung dieser beiden Zementarten 27 und 28 kann auf noch zu beschreibende Weise zu einem vorteilhaften Endprodukt Betonschaum beziehungsweise einem vorteilhaften Bauelement führen.
Das Verhältnis der beiden Zementarten 27 und 28 zueinander beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 2:1, kann grundsätzlich aber beispielsweise im Bereich von 1,5:1 und 4:1 liegen. Mit anderen Worten besteht die Zementmischung zu etwa zwei Dritteln aus der ersten Zementart 27 und zu etwa einem Drittel aus der zweiten Zementart 28.
Weiter lässt sich 1 entnehmen, dass besagte Zementmischung 12, bevor sie mit dem Wasser 11 in einen Mischer 19 gegeben wird, insbesondere noch in einer Mühle 29 gemahlen werden könnte. Bei der Mühle 29 kann es sich beispielsweise um eine Kugelmühle handeln. Die Zementpartikel, welche typischerweise eine Größe von 40 bis 50 Mikrometern aufweisen, können hierbei auf (im Mittel) 2 bis 3 Mikrometer reduziert beziehungsweise heruntergemahlen werden.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass die beiden Zementarten 27 und 28 natürlich alternativ oder zusätzlich (in einer Mühle) gemahlen werden könnten, bevor sie miteinander gemischt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass lediglich die erste oder die zweite Zementart kleingemahlen wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt ein derartiger Mahlprozess lediglich exemplarisch anschließend.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 wird in den Mischer 19 außerdem ein alkalitätserhöhender Zusatz 26, ein sogenannter „Compound“ oder „Alkali-Booster“ hinzugefügt.
Dieser kann den zu erstellenden Zementleim 20 von grundsätzlichen alkalischen Eigenschaften hin zu einem hochalkalischen Zementleim beeinflussen.
Dieser Zusatz 26 kann insbesondere Natron und/oder Kalium enthalten, vorzugsweise in oxidischer Form, beziehungsweise als Hydroxid. Das Natron kann beispielsweise in Form einer Lauge oder in Pulverform oder als Ätznatron Verwendung finden.
Der Zusatz 26 kann auch Mikroselikia 15 enthalten, wie sie beispielsweise auch als (separater) Zuschlagstoff 13 eingesetzt werden könnten und in Zusammenhang mit diesem näher beschrieben sind.
1 verdeutlicht dabei, dass der Zusatz 26 typischerweise gemeinsam mit dem Wasser 11 und der Zementmischung 12 in den Mischer 19 eingegeben wird. Eine gestrichelte Linie deutet in 1 an, dass der Zusatz 26 alternativ bereits vor Eingabe in den Mischer 19 mit einer der beiden Zementarten 27 oder 28, insbesondere der ersten Zementart 27 oder der zweiten Zementart 28, gemischt werden kann. Alternativ lässt der Pfeil auch die Möglichkeit zu, dass der Zusatz 26 mit der Zementmischung 12 gemischt werden kann, bevor diese in den Mischer 19 eingegeben wird (und/oder in der Mühle 29 gemahlen wird).
Die Mühle 29 oder eine zusätzliche oder separate Mühle können auch dazu verwendet werden, Flugasche (welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel optional mit in den Mischer beigegeben beziehungsweise zur Herstellung des Zementleims 20 verwendet wird) kleinzumahlen.
Schließlich ist in 1 mit dem Bezugszeichen 30 auch noch ein sogenannter Superplastifizierer dargestellt, welcher ebenfalls in den Mischer 19 mit eingegeben beziehungsweise zur Herstellung des Zementleims 20 verwendet wird. Ein derartiger Plastifizierer kann auch Betonverflüssiger genannt werden.
In dem Ausführungsbeispiel wird offengelassen, ob gegebenenfalls noch Zuschlagsstoffe 13 beigegeben werden (dies ist optional möglich, was durch den gestrichelten Kasten angedeutet wird).
Bei diesen Zuschlagstoffen kann es sich um Metakaolin 14 und/oder Microsilika 15 und/oder Nanosilika 16 und/oder Hydroxylapatit 17 und/oder Trycalciumphosphat 18 handeln.
Bezüglich dieser Stoffe sei angemerkt, dass sich die Schreibweise in den Figuren beziehungsweise in der Figurenbeschreibung gegebenenfalls leicht voneinander unterscheidet. Dies mag an unterschiedlichen Schreibweisen, wie sie in der Literatur und wie sie in der Fachwelt bekannt sind, liegen.
Zu 1 sei angemerkt, dass die Reihenfolge oder Abfolge, in welcher die Zugaben in den Mischer 19 geführt werden, bewusst offen gelassen ist. Diese Reihenfolge oder auch Abfolge kann je nach Bedarf variiert werden. Insbesondere ist es in diesem Sinne auch vorstellbar, dass beispielsweise zunächst die erste oder zweite Zementart mit dem Zusatz 26 gemischt wird, bevor sie mit der anderen Zementart gemischt wird oder ähnliches.
Vergleichbares gilt auch für die Zugabe der Flugasche 31 des Plastifizierers 30 und/oder der Zuschlagstoffe 13.
Die genannten Komponenten Wasser 11, Zementmischung 12 und insbesondere eine oder mehrere der anderen dargestellten Zugaben, werden dann in einem Mischer 19 gemischt. Hierzu können die genannten Komponenten entweder einzeln, beispielsweise nacheinander, in den Mischer überführt werden oder bereits vorher zusammengemengt und gemeinsam in den Mischer 19 überführt werden.
Bei dem Mischer 19 handelt es sich insbesondere um einen Kolloidmischer, welcher insbesondere mehr als 1000 Umdrehungen, vorzugsweise mehr als 2000 Umdrehungen pro Minute durchführt. Kolloidmischer werden in der Fachsprache auch als Kolloidalmischer bezeichnet.
In dem Mischer 19 entsteht auf diese Art und Weise ein zunächst noch im Wesentlichen flüssiger beziehungsweise viskoser Zementleim 20.
Soviel zur Herstellung des Zementleims 20 gemäß der linken Seite nach 1.
Die rechte Seite gemäß 1 stellt rein schematisch die Herstellung eines mit dem Zementleim 20 zu vermischenden Schaumes 21 dar. Hierzu wird Luft 22 mit einem Schaumbildner 23 in einer gesonderten, in 1 nicht dargestellten Schaumeinheit zusammengeführt und auf diese Weise der Schaum 21 erstellt. In der Schaumeinheit wird der Schaumbildner 23 beispielsweise mit Hilfe der Luft 22 aufgeschäumt. Der Schaumbildner 23 liegt dabei typischerweise bereits in flüssiger Form vor, wobei er insbesondere (Aluminium-)Salze und/oder Tenside und/oder Proteine und/oder Wasser umfasst.
Somit wird einerseits der Schaum 21 erzeugt und andererseits der bereits genannte Zementleim 20, welcher auch als „Slurry“ bezeichnet wird.
Der Schaum 21 wird nunmehr in einem nächsten Schritt unter den Zementleim 20 untergehoben. Dies geschieht in einer vorzugsweise langsam drehenden Mischstation 24. Bei der Mischstation 24 handelt es sich insbesondere um eine von dem Mischer 19 gesonderte Mischstation. Diese dreht typischerweise sehr viel langsamer als der Mischer 19. Sie kann beispielsweise ein Becken umfassen, das zunächst mit Schaum 21 befüllt wird. In diesem Schaum 21 kann dann sukzessive oder getaktet eine gewisse Menge an Zementleim 20 hineingegeben werden. Die Mischstation 24 kann dabei ein Rührwerk umfassen, welches nun regelmäßig den Schaum unterhebt beziehungsweise den Zementleim 20 in den Schaum unterhebt.
Das Mischverhältnis von Schaum 21 zu flüssigem Zementleim 20 oder Slurry kann beispielsweise zwischen 5:1 und 50:1 liegen, vorzugweise zwischen 10:1 und 20:1, weiter vorzugsweise bei etwa 15:1.
Die Mischstation 24 beziehungsweise das genannte Rührwerk kann den Schaum 21 und den Zementleim 20 dann beispielsweise für weniger als 5 Minuten, beispielsweise zwischen einer halben und drei Minuten Mischdauer, mischen.
Erfindungsgemäß kann hierbei insbesondere durch die Verwendung der unterschiedlichen Zementarten 27 und 28, vorzugsweise für den Fall, dass es sich bei einer der Zementarten 28 um einen Schnellzement handelt, eine sehr schnelle Bindung beziehungsweise ein sehr schnelles Erstarren des Schaumbetons erfolgen, nämlich bevor sich der Schaum 21 sich bei dem Mischprozess anfängt, zu verändern, beispielsweise einzufallen oder seine Eigenschaften zu verändern oder ähnliches.
Auf diese Weise kann auch einer mangelnden Festigkeit des erhaltenen beziehungsweise der Mischstation entnehmbaren Schaumbetons entgegengewirkt werden.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der alkalitätserhöhende Zusatz 26 im Zementleim 20 enthalten ist. Dessen hohe Alkalität sorgt alternativ oder zusätzlich für ein schnelleres Erstarren der Schaumbetonmischung beziehungsweise des Schaumbetons (bevor der Schaum sich zu sehr verändern kann).
Gemäß 1 wird in der Mischstation 24 also eine Schaumbetonmasse erreicht, welche (gegebenenfalls nach einem späteren Aushärten) eine Konsistenz aufweist, die im Verhältnis zu denjenigen Massen, welche gemäß dem Stand der Technik erreicht werden, eine höhere Stabilität beziehungsweise Festigkeit aufweist.
Zusätzlich kann durch das gezeigte Verfahren auch die Umwelt geschont werden, jedenfalls im Vergleich zu herkömmlichem Zement, dessen Herstellung beispielsweise relativ CO₂-intensiv ist.
2 zeigt dann exemplarisch, dass die der Mischstation 24 zu entnehmende Menge entweder direkt bei 25 weiterverarbeitet werden kann, oder gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst noch (einmal) in einen (anderen oder den bereits bekannten) Mischer 19 überführt werden kann.
Allerdings ist das erneute Abmischen im Kolloidmischer 19' gemäß einem alternativen Verfahren nicht zwingend notwendig und es kann optional direkt eine Weiterverarbeitung bei 25 erfolgen, wie das durch die Pfeildarstellung in 2 verdeutlicht wird.
An dieser Stelle sein angemerkt, dass der Mischer gemäß 2 mit dem Bezugszeichen 19' versehen ist, da es sich entweder um den bereits aus 1 bekannten Mischer 19 handeln kann oder um einen separaten Mischer. Auch dieser kann hochdrehend sein und im wesentlichen mit den gleichen Eigenschaften ausgebildet, weshalb es typischerweise dazu kommen wird, dass der Mischer 19 gemäß 1 und der Mischer 19' gemäß 2 identisch sind.
Gemäß 2 geschieht die anschließende Weiterverarbeitung bei 25 hin zu einem fertigen Bauelement 10 dann abschließend. Dieser Weiterverarbeitungsprozess kann insbesondere darin bestehen, die aus der Mischstation 24 entnommene Masse (auch flüssiger beziehungsweise viskoser Schaumbeton genannt), welche gegebenenfalls noch in den Mischer 19' eingebracht wurde, in Formen oder Blöcke zu gießen. Dies kann dann in einer Produktionsanlage oder Fertigungsstraße oder auf einer Baustelle geschehen.
Nach der Durchführung eines Trocknungsprozesses kann die Form oder der Block dann ausgeschalt werden und die geformte, getrocknete Masse aus dem gewünschten Schaumbetonmaterial kann formgebend angepasst werden, beispielsweise durch ein Sägen oder Schneiden oder Teilen oder ähnliches. Insbesondere kann ein entsprechendes Produkt auf Maß gesägt werden, nach Form einer Platte, welche dann als Dämmplatte einsetzbar ist.
Abschließend zeigt 3 eine alternatives Verfahren zu dem insbesondere in 1 dargestellten Verfahren. Anstatt der Zementmischung 12 aus erster Zementart 27 und zweiter Zementart 28 gemäß 1 wird eine Mischung 34 aus Flugasche 31' und einer Zementart 28' in den Mischer 19 eingegeben. Bei der Zementart 28' kann es sich insbesondere um dieselbe Zementart 28 handeln, welche in 1 als zweite Zementart 28 bezeichnet wurde, also beispielsweise um einen Schnellzement, insbesondere um einen CSA-Zement.
3 ist lediglich als Ausschnitt zu verstehen und soll den in 1 genannten Bereich ersetzen. Sämtliche anderen Besonderheiten und Ausgestaltungen gemäß 1 oder 2 sollen sich an diesen Ausschnitt einer schematischen Ansicht gemäß 3 anschließen (beispielsweise der gesamte rechte Teil den Schaum betreffend und/oder eine Mühle 29 in welche die Mischung 34 eingegeben werden könnte, oder selbstverständlich das Wasser 11, der alkalitätserhöhende Zusatz 26 oder der Plastifizierer 30 bzw. die Zuschlagsstoffe 13). Insofern bestehen ansonsten zwischen dem Ausschnitt gemäß der 3 und dem entsprechenden Ausschnitt in 1 keine Unterschiede. Die Zugabe von Flugasche 31, wie in 1 angegeben, wäre dann in der Regel nicht mehr notwendig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017129140 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons, umfassend folgende Schritte: a) Herstellen eines Zementleims (20) unter Verwendung von Wasser (11) und Zement (12), b) Herstellen eines Schaums (21) aus Luft (22) und Schaumbildner (23), c) Zusammenbringen des Zementleims (20) mit dem Schaum (21), insbesondere in einer Mischstation (24), und Mischen der beiden Bestandteile zu einem Schaumbeton, dadurch gekennzeichnet, dass als Zement eine Mischung (12) verwendet wird, welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart (27), insbesondere eines Normalzements, und einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart (28), insbesondere eines Schnellzements, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Zementart (27) Portlandzement verwendet wird und/oder als zweite Zementart (28) CSA-Zement.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von erster Zementart (27) zu zweiter Zementart (28) zwischen 1,5 und 4 liegt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt des Kleinmahlens (29) des Zements gemäß erster und/oder zweiter Zementart (27, 28), insbesondere auf eine (Partikel-) Größe von weniger als 10 Micrometern im Mittel.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen des Zementleims (20) ein alkalitätserhöhender Zusatz (26) beigegeben wird, welcher den Zementleim (20) insbesondere hochalkalisch werden lässt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen des Zementleims (20) ein Betonverflüssiger oder Plastifizierer (30) zugegeben wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen des Zementleims (20) Flugasche (31) zugegeben wird, insbesondere nachdem diese einem Arbeitsschritt des Kleinmahlens (29) unterzogen wurde.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (10), insbesondere einer Dämmplatte, aus Schaumbeton, umfassend folgende Schritte: • Herstellen eines Schaumbetons nach einem der voranstehenden Verfahren, • Weiterverarbeiten des Schaumbetons zu einem Bauelement (10).
Rezeptur für einen Zementleim (20) zur Herstellung von Schaumbeton, wobei der Zementleim (20) mindestens folgende Bestandteile aufweist: a) Wasser (11), b) Zement einer Mischung (12), welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart (27), insbesondere eines Normalzements, und einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart (28), insbesondere eines Schnellzements, aufweist.
Bauelement (10), beispielsweise Dämmplatte, aus Schaumbeton, insbesondere hergestellt nach einem der voranstehenden Verfahren, wobei der Schaumbeton aus Zementleim (20) und Schaum (21) besteht, und wobei der Zementleim (20) Wasser (11) und Zement (12) einer Mischung enthält, welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart (27), insbesondere eines Normalzements, und einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart (28), insbesondere eines Schnellzements, aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zement (28'), insbesondere Schnellzement, weiter insbesondere CSA-Zement, mit Flugasche (31') gemischt wird.