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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorprodukt, insbesondere eine Trockenmischung, zur Herstellung eines Schaumbetons mit einer Rohdichte von kleiner oder gleich 500 kg/m3, einen mittels diesem Vorprodukt hergestellten Schaumbeton, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons.
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Ein solches Vorprodukt sowie Schaumbeton und Verfahren zu seiner Herstellung werden durch die
DE 42 09 897 C1 gelehrt. Dieser Schaumbeton dient vorrangig zum Einsatz im Stollenvortrieb und als Hinterfüllmaterial im Berg- und Tunnelbau.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons sowie dessen Bestandteile werden durch die
CN 106 966 653 A gelehrt. Zu diesen Bestandteilen gehören metallische Rückstände aus der Eisenerzgewinnung, welche dem Schaumbeton eine hydrophobierende Wirkung verleihen.
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Schaumbeton ist ein Sammelbegriff für fließfähige Frischbetone, welche neben Bindemittel, Füllstoff und Wasser auch Schaum oder einen Schaumbildner enthalten. Klassische Bindemittel sind Zement und Kalk. Aufgrund der Korngröße des Füllstoffes - häufig Kies, Kalkstein oder Quarz - von weniger als 2 mm handelt es sich definitionsgemäß eigentlich um Schaummörtel, da er jedoch im Außenbereich und für tragende Elemente zum Einsatz kommt, spricht man von Schaumbeton. Durch den Einsatz des Schaums bzw. des Schaumbildners entsteht ein leichtes, porenreiches Material, das hervorragende Wärmedämmeigenschaften besitzt. Dies prädestiniert ihn beispielsweise zum Einsatz als Füllmaterial von Hohlräumen oder für leichte, wärmedämmende, aber dennoch tragfähige Ausgleichschichten.
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Bindemittel und Füllmaterial werden in der Regel fabrikseitig vermischt, um als Trockenmischung an den Ort der Baustelle transportiert werden zu können. Dort wird diese Trockenmischung mit Wasser zu einer fließfähigen Masse vermischt (Ortbeton). Alternativ kann die Vermengung zwischen Trockenmischung und Wasser auch an zentraler Stelle durchgeführt werden, um den Frischbeton anschließend mittels eines Fahrmischers an den Einsatzort zu befördern (Transportbeton).
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Der Nachteil herkömmlichen Schaumbetons ist, dass er aufgrund seiner offenporigen Struktur nicht witterungsbeständig ist und somit nicht im Außenbereich zum Einsatz kommen kann, da beim Füllen der Poren mit Feuchtigkeit die guten Dämmeigenschaften verloren geht. Außerdem kann der Schaumbeton bei Frost im Winter aufplatzen. Die oben genannte
DE 42 09 897 C1 lehrt deshalb als Einsatzort für einen Schaummörtel den Bergbau bzw. den Tunnelbau. Hier ist der Mörtel zwar erhöhter Feuchtigkeit ausgesetzt, jedoch spielen die Wärmedämmung und Frostgefahr keine Rolle. Vielmehr erfolgt die Verwendung aufgrund der geringen Dichte und dem somit einfacheren Transport über eine oftmals längere Transportstrecke.
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Die ebenfalls vorstehend genannte
CN 106 966 653 A offenbart einen Schaumbeton, der durch Zugabe feinkörniger Eisen-Rückstände aus der Aufbereitung von Erzen (iron-tailings) eine hydrophobierende Wirkung erhält. Damit eignet er sich u.a. auch für den Gebäudebau, wo der Schaumbeton direkt der Witterung ausgesetzt ist. Iron-tailings, sowie insbesondere dessen Lagerung, stellen jedoch ein erhöhtes Umweltgefährdungspotenzial dar, wie nicht zuletzt durch den Dammbruch von Brumadinho im Januar 2019 gezeigt. Der Schaumbeton nach der
CN 106 966 653 A weist jedoch eine relativ hohe Dichte von 750 kg/m
3 auf. Dies entspricht zwar bereits einer deutlichen Gewichtsersparnis gegenüber Normalbeton, welcher eine Dichte von 2000 kg/m
3 bis 2600 kg/m
3 aufweist, ist jedoch für viele Anwendungsfälle immer noch nicht zufriedenstellend gering genug. Insbesondere verfügt dieser Schaumbeton über keine ausreichende Dämmwirkung, die mit abnehmender Dichte des Schaumbetons steigt.
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Ein weiteres Problem bestand in der Vergangenheit auch darin, dass die hydrophobierenden Mittel den Schaum bzw. die im Schaum enthaltenen Poren zerstört haben. Der Beton konnte also entweder Poren enthalten und somit eine geringe Dichte und damit gute Wärmedämmeigenschaften besitzen, oder hydrophobierend sein, aber nicht beides.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit zunächst die Aufgabe zugrunde, eine Trockenmischung für einen leichten Schaumbeton mit einer Trockenrohdichte von bis zu 500 kg/m3 bereitzustellen, welcher durch seine hydrophobierende Eigenschaft für einen Einsatz im Außenbereich geeignet ist und aufgrund seiner niedrigen Rohdichte eine gute Dämmwirkung aufweist. Eine weitere Aufgabe liegt in der Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für eben jenen Schaumbeton.
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Diese Aufgabe wird mit einem Vorprodukt gemäß Anspruch 1, einem Schaumbeton gemäß Anspruch 9 und einem Herstellungsverfahren für einen Schaumbeton gemäß Anspruch 12 gelöst.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich das Vorprodukt dadurch aus, dass dem Bindemittel ein Fettsäureester zugegeben wird. Dieser bewirkt überraschenderweise, dass außergewöhnlich vorteilhafte Kombinationen von hydrophobierender Eigenschaft einerseits und geringer Dichte andererseits erzielt werden können.
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Tests mit Fettsäureestern haben gezeigt, dass diese den Schaumbeton hydrophobieren ohne die Schaumstruktur wesentlich zu beeinflussen. Zudem sind Fettsäureester sowohl für die Gesundheit des Menschen, als auch für die Umwelt, völlig unbedenklich.
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Dieser Fettsäureester kann auch tierischen oder synthetischen Ursprungs sein, bevorzugt im Sinne der Nachhaltigkeit ist jedoch ein Fettsäureester auf pflanzlicher Basis. Selbstverständlich kommen auch Kombinationen von Fettsäureestern, auch unterschiedlichen Ursprungs, in Betracht. Sein Anteil am Vorprodukt sollte für eine optimale hydrophobierende Wirkung bei wenigstens 0,1 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 0,3 Gew.-% liegen, jedoch nicht höher als 2,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,8 Gew.-%.
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Das Bindemittel selbst kann Kalk oder Zement sein. Besonders geeignet ist hierfür Zement der Klassen CEM I und CEM II. Es kann jedoch auch eine Mischung verschiedener Zemente gewählt werden, sowie eine Mischung aus Zement und Kalk. Maßgeblich für die Wahl der zu mischenden Grundstoffe sowie deren Mischverhältnis sind die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts. Der Anteil des Bindemittels am Vorprodukt beträgt wenigstens 10 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 50 Gew.-%, und kann bis annähernd 100 Gew.-% betragen, vorzugsweise höchstens 80 Gew.-%.
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Ein weiterer Bestandteil des Vorprodukts kann ein Füllstoff sein. Hierfür wird in der Regel Kalkstein oder Quarz verwendet, wobei auch eine Mischung aus Kalkstein und Quarz zum Einsatz kommen kann. Ausschlaggebend für das Mischverhältnis sind, wie schon vorstehend beim Bindemittel, die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts. Der Füllstoff kann gemahlen oder fraktioniert vorliegen, wobei die Korngröße geringer als 2 mm ist, bevorzugt kleiner als 0,5 mm. Gemäß der in den beiden vorangegangen Abschnitten genannten Gewichtsanteile von Fettsäureester und Bindemittel, macht der Füllstoff den Rest des Vorprodukts aus.
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Zur Herstellung von Beton wird dieses Vorprodukt, das auch als Trockenmischung bezeichnet wird, mit Wasser zu Frischbeton verrührt. Die entstehende, zähflüssige Masse wird im Fachjargon auch mit dem englischen Begriff „Slurry“ oder zu Deutsch als „Schlicker“ bezeichnet. Dieser Prozessschritt kann, zur Vereinfachung der Logistik, am Ort der Baustelle in einem Betonmischer durchgeführt werden. Alternativ ist es auch möglich, den Slurry im Betonwerk anzurühren und dann mit einem Fahrmischer an den Einsatzort zu befördern und aus der Mischtrommel direkt auszubringen.
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Wie im einleitenden Abschnitt bereits erläutert, besitzt Schaumbeton sehr gute Wärmedämmeigenschaften bei geringerer Dichte und somit geringerem Gewicht, was ihn bei geeigneten Voraussetzungen zu einer vorteilshaften Alternative zu gewöhnlichem Beton werden lassen kann. Es existieren zwei Möglichkeiten, um Beton zu Schaumbeton zu machen: Einerseits kann ein als Schaumbildner wirkendes Tensid der Trockenmischung beigefügt werden. Dieser Schaumbildner kann natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Ebenso ist eine Mischung aus natürlichem und synthetischem Schaumbildner denkbar. Beim Anrühren des Slurrys mit Wasser im Zwangsmischer reagiert der Schaumbildner mit eben jenem Wasser und verursacht eine Porenbildung im Slurry. Diese Poren bleiben auch beim Ausbringen und Aushärten des Betons stabil. Die zweite Möglichkeit besteht darin, in einem separaten Schaumerzeuger, wiederum mittels eines Schaumbildners, einen Schaum zu erzeugen. Dieser wird mit dem Slurry vermischt und anschließend ausgebracht. Auch bei dieser Variante bleiben die durch den Schaum eingebrachten Poren stabil über den Aushärtevorgang bestehen. Der Vorteil der zweiten Variante besteht insbesondere darin, dass das Mischungsverhältnis aus Slurry und Schaum individuell und kurzfristig angepasst werden kann. So kann die Dichte des Betons bedarfsgesteuert kontrolliert werden, was bei erster Variante aufgrund des frühzeitigen Beimischens des Schaumbildners nicht möglich ist. Eine dritte Alternative besteht darin, den im Schaumerzeuger hergestellten Schaum direkt dem Zwangsmischer zuzuführen, so dass dieser bereits beim Anrühren des Slurrys homogen mit diesem vermischt wird.
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Der hydrophobierende Schaumbeton der vorliegenden Erfindung weist eine Dichte von wenigstens 100 kg/m3, vorzugsweise wenigstens 250 kg/m3, besonders bevorzugt wenigstens 300 kg/m3, und höchstens 1500 kg/m3, vorzugsweise höchstens 500 kg/m3, besonders bevorzugt höchstens 400 kg/m3, auf. Die hydrophobierende Wirkung ist dabei so ausgeprägt, dass der Schaumbeton auch zum Einsatz auf Flachdächern geeignet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 ein schematisches Ablaufdiagramm des Herstellungsverfahrens eines hydrophobierenden Schaumbetons.
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1 zeigt anhand eines beispielhaften Ablaufdiagramms, wie die Herstellung eines hydrophobierenden Schaumbetons durchgeführt werden kann. Das Vorprodukt ist eine Trockenmischung 10, bestehend aus den trockenen Komponenten Bindemittel 11, Füllmittel 12 und Fettsäureester 13. Diese Trockenmischung 10 wird werksseitig im angestrebten Verhältnis gemischt. Alternativ kann die Mischung der Einzelkomponenten auch direkt im Zwangsmischer 1 stattfinden.
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Als Bindemittel 11 wird üblicherweise Zement oder Kalk verwendet, wobei vorzugsweise Zement der Klassen CEM I oder CEM II verwendet werden. Ebenso ist eine Mischung von Zement unterschiedlicher Klasse denkbar, genauso wie eine Mischung aus Zement und Kalk. Der Anteil des Bindemittels 11 an der Trockenmischung 10 beträgt wenigstens 10 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 50 Gew.-%, und kann bis annähernd 100 Gew.-% betragen, bevorzugt höchstens 80 Gew.-%.
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Das Füllmittel 12, welches beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Bestandteil der Trockenmischung 10 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, ist in der Regel Kalkstein oder Quarz oder ein Mischung aus Kalkstein und Quarz. Er liegt fein gemahlen oder fraktioniert vor und weist Korngrößen von höchstens 2 mm auf, bevorzugt kleiner als 0,5 mm.
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Dritter und erfindungsgemäß maßgeblicher Bestandteil der Trockenmischung 10 ist ein Fettsäureester 13. Dieser kann pflanzlicher, tierischer oder synthetischer Herkunft sein, wobei aus Gründen der Nachhaltigkeit ein pflanzlicher Fettsäureester 13 bevorzugt wird. Ein Beispiel für einen solchen Fettsäureester 13 ist das Produkt BAEROPHOB® ECO CM/1 der Baerlocher GmbH, 85716 Unterschleißheim. Weitere Beispiele sind Edilstol 7N der FACI SPA aus Carasco, Italien, oder LIGAPHOB® NT 92 der Peter Greven GmbH & Co. KG, 53902, Bad Münstereifel.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht die Trockenmischung 10 aus 75 Gew.-% Bindemittel 11 (CEM I oder CEM II), 24,5 Gew.-% Füllmittel 12 und 0,5 Gew.-% Hydrophobierungsmittel, nämlich BAEROPHOB ECO CM/1. Diese Trockenmischung 10 wird im Zwangsmischer 1 mit ca. 0,35 bis 0,5 1 Wasser pro Kilogramm Trockenmischung 10 zu einem Frischbeton angerührt, welcher auch Slurry 30 genannt wird.
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Parallel dazu wird in einem Schaumgenerator 2 mittels eines Schaumbildners 20 ein Schaum 31 erzeugt. Sowohl Slurry 30 als auch Schaum 31 werden anschließend einer Mischeinheit 3 zugeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Mischungsverhältnis so eingestellt, dass sich eine Nassmörtel-Rohdichte von ca. 500 kg/m3 ergibt, womit eine Trockenrohdichte von ca. 400 kg/m3 im Endprodukt nach Trocknung erreicht wird. In der Mischeinheit 3 findet anschließend eine möglichst homogene Vermischung von Slurry 30 und Schaum 31 statt, um auch im Endprodukt eine gleichbleibende Struktur und damit einheitliche Eigenschaften zu erzielen. Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung liegt an dieser Stelle darin, dass der Fettsäureester 13 als hydrophobierendes Mittel keinen zerstörenden Einfluss auf den Schaum 31 hat, womit sich der Fettsäureester 13 von anderen bekannten Hydrophobierungsmitteln unterscheidet.
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Zur Ausbringung des homogen vermischten Slurry/Schaum-Gemischs 40 wird dieses anschließend von der Mischeinheit 3 zur Ausbring-Vorrichtung 4 befördert. Diese Ausbring-Vorrichtung 4 besteht im vorliegenden Fall aus einem Schlauch-Endstück, welches zur zielgenauen Ausbringung des Slurry/Schaum-Gemischs 40 von einer Arbeitskraft kontrolliert und gelenkt wird.
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Es versteht sich, dass die genannte Ausführungsform nur ein Beispiel für ein mögliches Herstellungsverfahren eines hydrophobierenden Schaumbetons gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Andere Ausführungsformen werden damit explizit nicht ausgeschlossen. Ebenso ist es vorstellbar und in manchen Fällen in der Praxis ratsam, ein Anrühren des Slurrys 30 bereits werksseitig oder an zentraler Stelle durchzuführen, um den Slurry 30 anschließend mittels eines Fahrmischers an den Ort der Baustelle zu transportieren. In diesem Fall entfällt der Zwangsmischer 1 und der Slurry 30 wird direkt in die Mischeinheit 3 gefördert. Weiterhin ist es denkbar, den Schaumbildner 20 nicht separat in einem Schaumerzeuger 2 zu erzeugen, sondern direkt der Trockenmischung 10 beizufügen. Ebenso erscheint es möglich, beide vorstehend genannten Alternativen zu kombinieren und den Schaumbildner 20 der Trockenmischung 10 beizufügen, welche im Werk oder an zentraler Stelle mit Wasser 14 angerührt wird. Im Fahrmischer, welcher das angerührte Gemisch zum Ort der Baustelle transportiert, liegt in diesem Fall bereits das ausbringungsfertige Slurry/Schaum-Gemisch 40 vor.
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Eine weitere Möglichkeit besteht in der Einbringung des im Schaumerzeuger 2 erzeugten Schaums 31 in den Zwangsmischer 1. Diese Variante ist in 1 durch den gestrichelten Pfeil vom Schaumerzeuger 2 zum Zwangsmischer 1 angedeutet. Neben den vorstehend genannten Möglichkeiten, den Nass-Schaumbeton an der Baustelle auszubringen, besteht selbstverständlich auch die Option, auf einer Fertigteilbank Schaumbeton-Fertigteile herzustellen, welche nach dem Transport an die Baustelle nur noch errichtet bzw. platziert werden müssen. Ferner besteht die Möglichkeit, ein vorproduziertes Normalbeton-Fertigteil mit wenigstens einer Schicht hydrophobierenden Schaumbetons zu versehen, um die Vorzüge beider Produkte zu kombinieren. Eine oder mehrere Schichten hydrophobierenden Schaumbetons können sich mit einer oder mehreren Schichten von Schwerbeton z.B. Sandwich artig abwechseln. Dabei müssen die jeweiligen Flächen von hydrophobierendem Schaumbeton und Schwerbeton auch nicht zwingend deckungsgleich sein.
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Wie anhand vorstehender Beispiele deutlich wird, sind folglich auch Kombinationen und somit Ausführungsformen möglich, die nicht notwendigerweise immer alle genannten Merkmale enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zwangsmischer
- 2
- Schaumerzeuger
- 3
- Mischeinheit
- 4
- Ausbring-Vorrichtung
- 10
- Trockenmischung
- 11
- Bindemittel
- 12
- Füllmittel
- 13
- Fettsäureester
- 14
- Wasser
- 20
- Schaumbildner
- 30
- Slurry
- 31
- Schaum
- 40
- Slurry/Schaum-Gemisch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4209897 C1 [0002, 0006]
- CN 106966653 A [0003, 0007]
