In jüngster Zeit ist zunehmend Porenbeton
gefragt, der eine noch höhere
Porosität,
das heißt
eine niedrigere Rohdichte, und eine hohe Wärmedämmung aufweist (vergleiche
zum Beispiel DIN 4165 E vom März
2001). Die Herstellung von Porenbeton niedriger Rohdichten von gleichbleibender
Qualität
ist in der Praxis jedoch schwierig, einerseits wegen der Schwankungen
in den Ausgangsstoffen, andererseits und hauptsächlich jedoch wegen der Schwierigkeiten
bei einer reproduzierbaren Durchführung des Treibprozesses.
In den bekannten Verfahren zur Herstellung
von Porenbeton werden die Ausgangsstoffe – üblicherweise Branntkalk (Feinkalk),
Zement, gemahlener, quarzhaltiger Sand, Wasser und ein Porenbildner
wie Aluminiumpulver, gegebenenfalls in Anwesenheit weiterer Zusatzstoffe
wie Anhydrit (Calciumsulfat) – in
einer festgelegten Reihenfolge kurz nacheinander in einen Mischer
gegeben und innerhalb einer Gesamtmischzeit von wenigen Minuten
gemischt. Beim Ablassen der Mischung besitzt diese eine Temperatur
von etwa 35 bis 40 °C,
unter anderem deshalb, weil eine Anfangsreaktion des Branntkalks
unter Bildung von Kalkhydrat nicht zu vermeiden ist.
Nach dem Einfüllen der fließfähigen Mischung
in eine Gießform
(Volumen zum Beispiel etwa 4 m3) steigt
die Mischungstemperatur infolge der stark exothermen Reaktion des
Branntkalks mit Wasser stetig an und erreicht je nach Rezeptur Werte
von etwa 75 bis 95 °C.
Gleichzeitig steift die Mischung zunehmend an, und zwar sowohl durch
die Bindung von freiem Wasser an das Calciumoxid des Branntkalks
als auch durch Bildung von hochdispersem Kalkhydrat.
Zement in der Mischung verzögert die
Kalk- und Aluminiumreaktion. Die verfestigende Wirkung in der Mischung
setzt jedoch erst merklich später
ein, wenn die Porosierung bereits erfolgt ist. Ziel ist hier unter
anderem, eine bestimmte Sägereife
der Mischung zu einem gewünschten
Zeitpunkt zu erreichen.
Kennzeichnend für die Herstellung von Porenbeton
nach den bekannten Verfahren ist, dass die Reaktion des Porenbildners
(des Aluminiumpulvers) mit dem Calciumhydroxid im Verlauf zunehmender
Mischungstemperatur und steigender Konsistenz der Gießmasse erfolgt.
Die Porosierung findet daher unter sich ständig ändernden physikalischen, chemischen
und Theologischen Bedingungen statt. Dies bedeutet, dass im Gesamtsystem
Fest-Flüssig-Gasförmig sowohl
bezüglich
der Ausbildung der Phasengrenzen Fest-Flüssig-Gasförmig als auch bezüglich der
Gasphase selbst, deren Temperatur und Druck und folglich auch Volumen
von der ständig
zunehmenden Temperatur der Gießmasse
beeinflusst wird, höchst
komplexe Zwischenstadien zu durchlaufen sind, bis das Treibmaximum
erreicht ist. Hinzu kommt noch ein ständig steigender, weil ebenfalls temperaturabhängiger Wasserdampf-Partialdruck,
der gemeinsam mit dem aus der Aluminiumreaktion gebildeten Wasserstoff
den Gesamtdruck in der Pore bildet.
Die Gasbildung ist besonders in der
Frühphase
der Kalkhydratation kritisch für
den Porenbeton, weil noch keine stabilen Phasengrenzen ausgebildet
sind und daher eine diffuse Gasverteilung zu feinsten Poren in der
gesamten Gießmasse
führt,
wodurch die Festigkeit des späteren
Feststoffgerüsts
beeinträchtigt
wird. Auch ist die erreichte Treibhöhe besonders bei sehr leichtem
Porenbeton, zum Beispiel der Rohdichteklasse 0,40 nach DIN 4165,
mit Trockenrohdichten zwischen 0,35 und 0,40 kg/dm3,
vielfach nicht beständig,
weil Gas ausbläst
und die Masse bis zu mehreren Prozent der Gesamthöhe zusammenfällt. Dadurch
steigt die Rohdichte wieder an.
Problematisch für den Treibprozess sind neben
den Temperaturschwankungen auch die Schwankungen in der Konsistenz
der Gießmasse
während
des Porosierungsvorgangs. Die Konsistenzänderung von anfangs niedriger
Konsistenz der Mischung zu hoher Konsistenz am Ende des Treibprozesses
zwingt, ebenso wie der ständige
Temperaturanstieg, zur Überdosierung
des Aluminiumpulvers, um die gewünschte
Treibhöhe zu
erreichen. Die Überdosierung
ist dabei um so größer, je
höher die
Anfangskonsistenz, das heißt
je niedriger der Wassergehalt der Mischung ist. Folge der Überdosierung
sind Gasausbrüche,
Zurückfallen
der Masse, Gefügestörungen und
Qualitätsmängel. Als
Folge davon wird üblicherweise
ein möglichst
hoher Wassergehalt der Mischung gewählt (mit Wasser-Feststoffwerten
um 0,6), um die Porosierung bei möglichst niedrigen Konsistenzwerten
vornehmen zu können.
Das Resultat ist jedoch ein Anstieg der Kapillarporen im Feststoffgerüst und ein
Absinken der Festigkeit des gehärteten
Porenbetons.
Es bestand daher ein Bedarf an einem
Verfahren, welches zu Porenbeton, besonders Porenbeton mit niedriger
Trockenrohdichte, von gleichbleibend hoher Qualität führt. Insbesondere
bestand ein Bedarf an einem derartigen Verfahren, welches die Durchführung der
Porosierungsprozesses unter kontrollierbaren Bedingungen erlaubt.
Aufgabe der Erfindung ist es entsprechend,
ein solches Verfahren anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt
mit dem Verfahren gemäß Anspruch
1. Weitere Verfahrensvarianten sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet
sich von den Verfahren des Standes der Technik darin, dass zunächst der
gebrannte Kalk mit Wasser im Wesentlichen vollständig gelöscht wird, bevor der Porenbildner
der Mischung für
die Herstellung des Porenbetons zugesetzt wird. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
führt dazu,
dass die Kalkhydratation und die Bildung des hochdispersen Kalkhydrats
bereits im Wesentlichen vollständig
abgeschlossen ist, bevor der Porenbildner zugefügt wird. In den herkömmlichen
Verfahren dagegen findet die Kalkhydratation gleichzeitig mit dem
Treibvorgang statt. Die fortschreitende Kristallisation des sukzessiv
entstehenden Kalkhydrats führt
dabei zu immer neuen Gefügeverzahnungen,
vor allem im späteren
Stadium der Kalkhydratation. Rheologisch wird dabei ein so genannter
Anlasswert wirksam; es ist also eine bestimmte zusätzliche
Kraft erforderlich, damit eine Porenvergrößerung stattfinden kann. In
den herkömmlichen
Mörtelsystemen
bei der Herstellung des Porenbetons besitzt das System Fest-Flüssig daher
eine andere Konstitution und damit einen anderen inneren Aufbau
des Systems aus Feststoffteilchen und Wasser, als dies im Mörtelsystem
des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Fall ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren bestehen für die Porenbildung über den
gesamten Porosierungsprozess hinweg gleichbleibende Voraussetzungen
für den
Aufbau der Phasengrenzen zwischen dem System Fest-Flüssig einerseits
und der Gasphase andererseits. Dabei kommt dem hochdispersen Kalkhydrat,
das von Anfang an im Wesentlichen vollständig zur Verfügung steht, im
Zusammenwirken mit der Oberflächenspannung
des Wassers besondere Bedeutung zu. Im erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt die Porenbildung bei konstanter Konsistenz der Mischung.
Jede Veränderung
in den Ausgangsstoffen und der Rezeptur hat daher eindeutige Auswirkungen
auf die Porosierung, so dass sich gezielte Steuerungsmöglichkeiten über die
Zusammensetzung der Mischung ergeben.
Zudem kann der Porosierungsvorgang
bei im Wesentlichen konstanter Temperatur durchgeführt werden.
Im Unterschied zu den Verfahren des Standes der Technik, bei denen
Temperaturanstiege um 40 bis 50 °C
während
des Porosierungsvorgangs die Regel sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren
so durchgeführt
werden, dass die Temperaturschwankung während der Porenbildung nur
maximal etwa ± 2 °C beträgt. Grund
hierfür
ist, dass die exotherme Kalkhydratation im erfindungsgemäßen Verfahren
im Wesentlichen abgeschlossen ist, bevor der Porosierungsvorgang
ausgelöst
wird. In Folge der Durchführung
der Porenbildung bei konstanter Temperatur ist die Intensität der Gasbildung
allein vom Porenbildner und dessen spezifischer Oberfläche abhängig und
kann zudem gezielt dadurch beeinflusst werden, dass die Temperatur
der Mischung während
der Porenbildung auf eine geeignete Temperatur eingestellt wird.
Gegenüber
den herkömmlichen Verfahren
ergibt sich damit der deutliche Vorteil, dass die angestrebte Volumenzunahme
der Mischung praktisch proportional zur Dosierung des Aluminiumpulvers
erfolgt.
Ein weiterer entscheidender Vorteil
gegenüber
herkömmlichen
Verfahren besteht darin, dass die Porosierung bei hoher Konsistenz
der Mischung durchgeführt
werden kann. Die Wassergehalte beziehungsweise die Wasser-Feststoff-Werte
können
also deutlich unter den bisher praktikablen Werten liegen. Entsprechend steigt
die Festigkeit des fertigen, dampfgehärteten Porenbetons. Konkret
können
beispielsweise im erfindungsgemäßen Verfahren
für die
niedrigen Porenbeton-Rohdichteklassen 0,30 bis 0,40 Wasser-Feststoff-Werte
von 0,40 bis 0,55 und insbesondere 0,45 bis 0,55 verwirklicht werden,
während
in den bekannten Verfahren Werte um 0,6 in Anwendung sind. Dabei
werden deutlich höhere
Druckfestigkeiten erreicht, als dies bisher im Stand der Technik
möglich
war. Beispielsweise lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Porenbetone
herstellen, welche bei einer Trockenrohdichte nach DIN 4165 von
0,30 oder 0,35 kg/dm3 eine Druckfestigkeit
von mindestens 2,0 N/mm2 besitzen. Bisher
waren hier etwa 1,6 N/mm2 möglich. Während im Stand
der Technik für
die Rohdichteklasse 0,40 nach DIN 4165 bislang Druckfestigkeiten
von etwa 2,0 N/mm2 erreicht wurden, erzielt
das erfindungsgemäße Verfahren
hier Druckfestigkeiten von mindestens 2,5 N/mm2.
Als Porenbildner im erfindungsgemäßen Verfahren
können
grundsätzlich
alle im Stand der Technik üblichen
Porenbildner und Treibmittel verwendet werden. Besonders geeignet
ist Aluminium, beispielsweise in Form von Aluminiumpulver oder Aluminiumpaste.
Besonders bevorzugt ist passiviertes Aluminium, dessen Reaktionsfähigkeit
ausreichend gebremst ist, um den Treibprozess unter besonders konstanten
Bedingungen durchführen
zu können.
Wegen der gleichbleibenden Bedingungen im Verlauf der Porosierung
können
im erfindungsgemäßen Verfahren
jedoch auch andere Porenbildner wie beispielsweise Schaummittel
eingesetzt werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können grundsätzlich die
gleichen Ausgangsstoffe verwendet werden, die auch bisher bei der
Herstellung von Porenbeton eingesetzt wurden. Neben quarzhaltigem
Sand und/oder quarzhaltigem Gesteinsmehl, gebrannten Kalk enthaltendem
Bindemittel, Wasser und einem Porenbildner kann die im erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzte Mischung weitere bei der Porenbetonherstellung übliche Zusätze enthalten
wie Zement und/oder Anhydrit. Zement in der Mischung dient der Aussteifung der
Masse bis zur Sägereife
und wird zweckmäßig so verwendet,
dass die verfestigende Wirkung erst nach dem Abschluss des Treibprozesses
merklich einsetzt. Auch Rückgut,
also aus der Porenbetonherstellung zurückgewonnenes, nicht gehärtetes Material,
kann der Mischung zugefügt
werden.
Es ist grundsätzlich möglich, den gebrannten Kalk
in Anwesenheit aller weiteren Bestandteile der Mischung mit Ausnahme
des Porenbildners zu löschen.
Bevorzugt ist es jedoch, den gebrannten Kalk zunächst allein, ohne weitere Zusätze, mit
Wasser zu löschen
und erst anschließend
die weiteren Komponenten der Mischung zuzufügen. Auf diese Weise kann eine
Agglomerierung im entstehenden Kalkhydrat besonders vorteilhaft
vermieden werden, und die anschließende Calciumsilicathydrat-Bildung
verläuft
besonders gleichmäßig. Im
Falle der Verwendung von Rückgut
in der Mischung kann es jedoch auch von Vorteil sein, das Rückgut bereits
zu Beginn mit dem gebrannten Kalk zu vermischen und den gebrannten
Kalk in Anwesenheit des Rückguts
zu löschen.
Der Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, dass das im Rückgut enthaltene
Wasser bei der zum Löschen
des Branntkalks benötigten
Wassermenge mit berücksichtigt
werden kann und so die Wassermenge im Mörtel nicht größer als
nötig ist.
Beim Löschen des Branntkalks mit Wasser
erhöht
sich durch die exotherme Reaktion der Komponenten die Temperatur
der hergestellten Vormischung. Ist der Branntkalk entweder allein
oder nur in Anwesenheit des Rückguts
mit Wasser gelöscht
worden, sinkt die Temperatur in der Suspension durch Einmischen
der weiteren Komponenten wie Zement oder Anhydrit wieder ab. Bevorzugt
wird das erfindungsgemäße Verfahren
so geführt,
dass der Porosierungsvorgang bei einer Temperatur zwischen 60 und
90 °C und
insbesondere zwischen 70 und 85 °C
stattfinden kann. In der fertigen Mischung, die alle Komponenten
einschließlich
des Porenbildners enthält, ändert sich
die Temperatur während
des Porosierungsverfahrens dann praktisch nicht mehr. Bis zum Abschluss
der Porosierung bleibt die Temperatur der Mischung in einem Bereich
von maximal ± 2 °C konstant.
Diese konstanten Bedingungen gewährleisten
eine steuerbare, gleichmäßige und
gut reproduzierbare Porenbildung.
Wie bereits erwähnt, ist nicht nur die Temperatur
während
des erfindungsgemäßen Porosierungsverfahrens
konstant, sondern auch die einmal eingestellte Konsistenz der Mischung ändert sich
im Verlauf der Porosierung praktisch nicht. Die Porosierung kann
von Anfang an in einer Mischung von fließfähiger bzw. plastischer Konsistenz
durchgeführt
werden. Bevorzugt beträgt
der Wassergehalt in der Mischung entsprechend 40 bis 60 Masse-%,
insbesondere 45 bis 55 Masse-%, der festen Einsatzstoffe. Um insbesondere
bei plastischer Konsistenz der Mischung eine gleichmäßige Porosierung
zu gewährleisten,
kann es dabei vorteilhaft sein, den Treibvorgang unter Einsatz eines
Rüttlers
durchzuführen.
Der Porosierungsvorgang selbst findet dabei auf an sich bekannte
Weise in Gießformen
statt, in welche die zu porosierende Mischung zweckmäßig als fließfähige, sich
selbst mollierende Suspension eingefüllt wird. Auch die weiteren
Verfahrenschritte, einschließlich
der Dampfhärtung
des Porenbetons, erfolgen auf an sich im Stand der Technik bekannte
Weise.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne weiteres
mit den auch bisher bei der Herstellung von Porenbeton üblichen
Vorrichtungen und Gerätschaften
erfolgen. Bereits vorhandene Vorrichtungen zur Porenbetonherstellung
können
weiter verwendet werden. Zweckmäßig wird
ihnen lediglich ein Vormischer vorangestellt, in welchem die Löschung des
gebrannten Kalks gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorab erfolgt. Anschließend
wird die noch heiße
Vormischung in einen Hauptmischer überführt, um dort mit den restlichen
Bestandteilen der Mischung vermischt und anschließend auf
grundsätzlich übliche Weise
weiterverarbeitet zu werden. Die Zumischung der Bestandteile erfolgt
mit den auch sonst gebräuchlichen Dosiereinrichtungen.
Bei Verwendung lediglich eines Vormischers zur Löschung des Branntkalks wird
das erfindungsgemäße Verfahren
intermittierend durchgeführt.
Die Weiterverarbeitung richtet sich entsprechend nach der Reaktionszeit
des Branntkalks während
des Löschvorgangs.
Besonders zweckmäßig ist es, für die vorgeschaltete
Hydratation des Branntkalks mehrere Vormischer zu verwenden, in
denen das Löschen
des gebrannten Kalks zeitlich versetzt durchgeführt wird. Die Anzahl der erforderlichen
Vormischer richtet sich dabei nach der Hydratationsdauer des Branntkalks,
die üblicherweise
etwa 12 bis 20 Minuten beträgt,
und auch der Gießrhythmus
der Produktion kann berücksichtigt
werden. Besonders rationell lässt
sich das Verfahren durchführen,
wenn die Vormischung vor Erreichen der maximalen Löschtemperatur
in den Hauptmischgang überführt wird.
Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass eine Agglomerierung des
entstehenden Kalkhydrats und eine zu starke Erniedrigung der Dispersität der Mischung
vermieden werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand
von Beispielen näher
erläutert
werden.
