DE1646416B1

DE1646416B1 - Verfahren zur Herstellung hydrothermal gehaerteter Baustoffe und Bauteile

Info

Publication number: DE1646416B1
Application number: DE19671646416
Authority: DE
Inventors: Heberlein Juerg H; Dietrich Harkort; Iberg Dr Rolf; Rasch Dipl-Ing Rudolf
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: ZUERCHER ZIEGELEIEN ZUERICH CH
Priority date: 1967-08-25
Filing date: 1967-08-25
Publication date: 1970-04-16
Also published as: CH495299A; US3579619A; GB1197823A; BE719525A; NL138883B; FR1574987A; AT285417B; DK134277B; DK134277C; NL6809642A

Description

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Die Herstellung von Baustoffen und Bauteilen mit Kalk den Zustand höchster Reaktionsfähigkeit zu erHilfe hydrothermaler Behandlung ist bekannt. Die reichen. Der Prozeß der thermischen Aktivierung bekanntesten Vertreter dieser Baustoffgruppen sind ist auch nicht zu vergleichen mit dem bekannten ZuKalksandsteine, Leichtkalksandsteine, Leichtkalk- satz von zerkleinerten Ziegeln (Ziegelmehl) und von beton und Kalkaschensteine. Bei diesen Baustoffen 5 gebranntem Ton. Ebenso sind chemisch ähnliche wird auf hydrothermalem Weg durch Behandlung im Stoffe, die als sogenannte puzzolanartige Zusatzstoffe

Dampfautoklav aus Kalk und Kieselsäure Calcium- bei der hydrothermalen Baustoffherstellung verwen-

silikathydrat hergestellt, das das Bindemittel und den det werden, nicht mit einem thermisch aktivierten

Festigkeitsträger im Baustoff abgibt. Material, wie Röstton, zu vergleichen. Kennzeich-

Der Kalk wird in Form von Branntkalk, Kalk- ίο nend für den Mineralaufbau natürlicher und künst-

hydrat, Karbidkalk, hydraulischem Kalk oder Port- lieber Puzzolane ist das Vorhandensein einer instabi-

landzement in die Mischung eingeführt. Als Kiesel- len Glasphase, durch die die Reaktionsfähigkeit be-

säureträger werden Sand und Kies sowie natürliche wirkt wird. Zu den natürlichen Puzzolanen gehören

und künstliche Puzzolane verwendet. Zu den künst- Trass, Bims, Trachyt u. a., zu den künstlichen Puzzo-

lichen Puzzolanen gehören Flugaschen, Schlacken, 15 lanen zahlreiche Verbrennungs- und Hüttenschlak-

Schmelzschlacken, gebrannte Tone und Mergel, d. h. ken, Steinkohlenflugasche, Ziegelbruch, Ölschiefer-

solche in thermischen, einschließlich geothemischen asche usw. Sie sind zum Teil latent hydraulisch,

Prozessen gewonnene Stoffe, bei denen ein Teil als manchmal derart wenig, daß sie durch Aufmahlen

sogenannte Glas- bzw. Schmelzphase vorliegt. Es ist oder Behandeln im Löschautoklav aktiviert werden

bekannt, daß die Reaktionsfähigkeit durch das Vor- 20 müssen.

handensein der instabilen Glasphase in den Silikaten Es hat sich nun herausgestellt, daß beim Rösten im Hinblick auf die Bildung von Calciumsilikathydra- von natürlichen oder synthetischen Mergeln unter- A ten bei der Autoklavenhärtung verbessert wird. Es ist halb der Bildung einer Glas- bzw. Schmelzphase, d. h. ™ auch bekannt, daß Kalk zusammen mit Sand und im Bereich zwischen. 700 und 900° C, hochaktive Kies gebrannt werden muß, um bei der Brennbehand- 25 Zersetzungsprodukte der Tonminerale und der Kielung bereits eine Calciumsilikatbildung zu erzielen selsäurehydrate sowie der amorphen Kieselsäuren und zugleich die Quarzkomponente durch Erhitzen vorliegen, woraus bei der hydrothermalen Härtung bis zur Kieselsäureumwandlung zu aktivieren. Ebenso Baustoffe hoher Festigkeit und zugleich niedrigen ist bekannt, durch Brennen von Kalk zusammen mit Raumgewichtes entstehen. Dabei bilden sich neben natürlichen Stoffen, z. B. Ölschiefer, künstliche Puz- 30 Calciumsilikathydrat auch Calciumaluminathydrate. zolane mit latent hydraulischen Eigenschaften herzu- Außerdem zeigte sich, daß die Eigenschaften dieser stellen, die ebenfalls für die Herstellung hydrother- Stoffe wesentlich verbessert werden können, wenn im mal gefertigter Baustoffe und Bauteile geeignet sind. Mergel ein gewisser Anteil an Titandioxid vorhanden

Baustoffe nach den vorgenannten Verfahren sind ist, der als akzessorischer Anteil in den Ausgangsentweder Schwerbaustoffe, bei denen ein geringeres 35 Stoffen vorliegen kann oder der dem Ausgangsmate-Gewicht nur durch Einbringen von Löschern in die rial zugesetzt wird. Bereits bei der differential-thermo-Formteile erreicht wird, oder Leichtbaustoffe, bei analytischen Untersuchung zeigten sich in Abhängigdenen ein hohes Porenvolumen durch Schäum- und keit vom Titandioxidgehalt oberhalb 800° C deutliche Treibmittel erreicht wird. Effekte, die bisher technisch nicht ausgenutzt wurden.

Das Brennen von Mergel und Ölschiefer als Aus- 40 Die Wirkung von TiO₂ ist bisher nur in den Berei-

gangsmaterial für die Herstellung hydrothermal ge- chen oberhalb 1400° C bekannt und läßt sich mit

bundener Baustoffe und Bauteile ist bekannt. Dage- Hilfe der Endell-Hellbrüggeschen Trennstellentheorie

gen ist nicht bekannt das »Rösten« der Ausgangs- erklären. Im Bereich zwischen 800 und 900° C wurde g

stoffe, d. h. eine thermische Behandlung unterhalb der sie bisher nicht beobachtet. Es hat sich aber gezeigt, f

üblichen Brenn- und Sintertemperaturen. Hierbei ent- 45 daß ein natürlicher oder künstlicher TiO₂-Anteil von

stehen hochaktive Zersetzungsprodukte der im Mer- mehr als 0,2%, bevorzugt im Bereich zwischen 0,5

gel, ζ. B. in den Molasse-Rohstoffen, vorhandenen und 3 %, eine hervorragende Wirkung auf die Eigen-

Minerale, die bei der anschließenden hydrothermalen Schaftsverbesserung der Erzeugnisse hat.

Behandlung zu Endprodukten hoher Festigkeit führen. Es ist vorteilhaft, wenn beim Rösten mindestens

Auch hat man bereits Bausteine aus gebrannten 50 25% des im Mergel vorhandenen Calciumkarbonats

Mergeln unter Zugabe von Kalk hergestellt (vgl. zum nicht zersetzt werden, d. h., wenn der Restglühverlust,

Beispiel die deutsche Patentschrift 449 267). Jedoch bezogen auf das anteilige Calciumkarbonat im Mer-

hat auch dieses »Brennen« von Mergel nichts mit gel, mindestens 10 % beträgt.

dem »Rösten« der Ausgangsstoffe nach dem vorlie- Als wäßrige Gießmasse, ohne Bindemittelzusatz,

genden Verfahren zu tun. 55 in Stahlformen eingerüttelt und anschließend im

Unter »Röstton« wird eine thermisch aktivierte Autoklav behandelt, wurden Bauteile mit einer Druck-Erdmasse verstanden, die durch Kalzinieren von festigkeit von 100 bis 150 kp/cm² erreicht. Durch geMergel und besonderer kalkhaltiger Ziegeleitone und ringe Bindemittelzugaben, z. B. 8 % Zement, bezogen Sandsteine in losem Stückgut hergestellt werden. Die- auf die Menge »Röstton«, wurde die Druckfestigkeit ser »Röstton«, nach dem Kalzinieren auf ein maxi- 60 bis auf 330 kp/cm² gesteigert. Gegenüber einem Normales Korn von 4 bis 6 mm gebrochen, zeigt — mit malbeton gleicher Festigkeit ist somit der Bindemit-Wasser angemacht — eine besondere Eignung zur telbedarf bei »Röstton« etwa zwei- bis zweieinhalbhydrothermalen Erhärtung. mal kleiner.

Wie bereits angeführt, werden die Molasse-Roh- Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sich stoffe durch thermische Behandlung aktiviert. Diese 65 aus solchen Röststoffen nach dem Rösten und ZerBehandlung unterscheidet sich von normalen Brenn- kleinern Formkörper mit und ohne Armierung durch Prozessen dadurch, daß angestrebt wird, sowohl bei Pressen, Stampfen, Rütteln oder Gießen herstellen der Tonkomponente als auch beim Quarz und beim lassen, die bereits vor der hydrothermalen Behänd-

lung ausreichend abbinden, so daß sie transportiert werden können, und sie ihre endgültige hohe Festigkeit im Autoklav erhalten.

Ein besonderer Vorzug ist, daß sich die aus Röstton hergestellten Formkörper nicht nur für bewehrte und nicht bewehrte, sondern auch für vorgespannte Bauteile eignen. Bei armierten Bauteilen sind erfahrungsgemäß häufig Schäden (Rißbildungen) durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und Baustoff bei der Autoklavenhärtung aufgetreten.

Als Beispiel werden genannt: Mergel, z. B. Molasse-Sandstein, oder synthetische Mischungen aus Kalkstein, Kalkabfällen u. dgl., Lehm, Schluffsanden u. a. mit Bereichen

Calciumkarbonat zwischen 10 und 30 °/o.

Tonmineralien zwischen 40 und 70 %,

Quarzträgern (Sand, Schluff) zwischen 20 und 70 %

mit einem natürlichen oder künstlichen TiO₂-Gehalt zwischen 0,5 und 1% ergeben nach dem Rösten, Zerkleinern, Verformen und der herkömmlichen Autoklavenhärtung oberhalb 165° C mit mindestens 65 Atmosphärenstunden (Druck in atü X Zeit in Stunden) Festigkeiten im Bereich von 200 bis 250kp/cm², beim Zumischen von maximal 4% Portlandzement Festigkeiten mit mehr als 300 kp/cm².

Es besteht also bei diesem Verfahren, dem Rösten bei natürlichen und künstlichen Mergeln weit unterhalb der Bildung einer Schmelzphase in Gegenwart von Titandioxid ein wesentlicher Unterschied zu den bekannten Verfahren, bei denen Mergel in herkömmlicher Weise im Schacht- oder Drehofen gebrannt, also nicht geröstet wird, wobei zwangläufig ein hydraulischer Kalk oder sogar ein künstlicher Puzzolan entsteht, d.h. ein Material mit einem wechselnden Anteil an Glas- bzw. Schmelzphase.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung hydrothermal gehärteter Baustoffe und Bauteile aus natürlichen oder künstlichen Mergeln, mit einem Anteil an Calciumkarbonat zwischen 10 und 30%, an Tonmineralien zwischen 40 und 70 % und an Quarz zwischen 20 und 50 %>, wobei die Mischung zwischen 700 und 900⁰C geröstet, d.h. vorkalziniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mergel mit einem TiO₂-Gehalt von 0,2 bis 3 °/o, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent, verwendet, oder ein gleicher Anteil TiO₂ dem Ausgangsgemisch zugesetzt wird, wonach die Mischung in bekannter Weise durch Pressen, Stampfen oder Gießen zu Körpern verformt und diese anschließend im Autoklav gehärtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Mergel verwendet, bei dem das Verhältnis CaO : SiO, kleiner als 1:1 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röstung auf Wander- oder Gurtrosten, Drehrosten, Ringstokern oder in der Wirbelschicht oder in der Schwebe durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zerkleinerten Röstgut Kalk, hydraulischen Kalk oder Zement zugibt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Baustoffe und Bauteile im Autoklav oberhalb 165° C, vorzugsweise zwischen 180 und 210° C härtet, wobei das Produkt aus Druck in atü und Zeit in Stunden mindestens 65 beträgt.