DE2136117A1

DE2136117A1 - Baumaterial von geringem Gewicht aus aufgeblähtem natürlichen Korn (Getreide)

Info

Publication number: DE2136117A1
Application number: DE19712136117
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: Robinsky, Eli I.; Timusk, John; Toronto, Ontario; Riley, Victor R., Mall, Islington, Ontario; (Kanada)
Priority date: 1970-07-27
Filing date: 1971-07-20
Publication date: 1972-02-10
Also published as: ES394146A1; GB1336229A; AU452735B2; SE380510B; AU3124771A; ZA715019B; FR2097956A5

Description

Eli I. Robinsky, 66 Lytton Boulevard, Toronto, Ontario; Kanada John Timusk, 506 St₀ Clements Avenue, Toronto, Ontario; Kanada

Victor R. Riley, 145 The East Mall, Islington, Ontario; Kanada

Baumaterial von geringem Gewicht aus aufgeblähtem natürlichen Korn (Getreide)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Bau- und Isolierstoffes.

In der Bauindustrie werden in weitem Umfange verschiedene Materialien, z.B. expandiertes Vermiculit, Asbestzement, Fiberglas, Schaumbeton, Polystyrol, Polyurethan und andere Kunststoffe als Isoliermaterialien oder Zuschläge verwendet.

Weiterhin ist der Gebrauch von gegossenen Blöcken und Platten sowie anderen Bauteilen in der Erstellung von verschiedenen Baustrukturen in der Bauindustrie wohl bekannt. Dabei ist erwünscht, daß solche Blöcke eine für ihren jeweiligen Verwendungszweck ausreichende Festigkeit besitzen, nur ein verhältnismäßig geringes Gewicht aufweisen und in der Herstellung billig sind.

Das Gewicht von Beton stellt einen wesentlichen Störungsfaktor

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dar, der die Anwendung von Beton im Baugewerbe in verschiedenen Fällen immer wieder begrenzt» üblicherweise ist man zur Verringerung des Gewichtes bisher immer so verfahren, daß man Zuschläge von geringem spezifischen Gewicht oder geschäumten Beton oder auch eine Kombination von beidem verwendet hat. So ist es nach dem Stand der Technik bereits bekannt, üblicherweise verwendete Zuschläge durch eine Reihe von Materialien zu ersetzen, die das Gewicht des Betons verringern, dazu gehören z.B. Hochofenschlacke, Vermiculit und gequollenes Polystyrol.

Kürzlich sind zur Herstellung von noch leichteren Baumaterialien auch feinverteilte thermoplastische Stoffe, insbesondere aus geschäumtem Polystyrol und wasserbindenden Mitteln, z.B. Zement, verwendet worden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges Baumaterial in Form von aufgeblähtem natürlichen Korn oder Getia.de, das in geeigneter Weise verfestigt ist, herzustellen, sowie ein billiges Isolierungsmaterial zu gewinnen, dessen Hauptbestandteil aus aufgeblähtem natürlichen Korn besteht·

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige Betonmischung aus Zement, aufgeblähtem natürlichen Korn mit oder ohne Zusatz eines oder mehrerer Hauptzuschlage, Füllstoffe und Verstärkungsfasern zu bereiten.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues Baumaterial in Form von Preßplatten bereitzustellen, die aus aufgeblähtem natürlichen, verfestigten und miteinander verbundenen Körnern besteht.

Schließlich besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren anzugeben, nach dem aufgeblähtes natürliches Korn

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zur Herstellung eines Baumaterials verwendet werden kann«,

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß natürliches Korn aufgebläht und anschließend mittels eines der folgenden Verfahrensschritte in der aufgeblähten Form stabilisiert wird:

a) durch Erhitzen unter Verkohlung;

b) durch Behandlung mit einem einzigen oder einer Kombination der folgenden Stoffe: Asphalt, Kreosot, Harz, Wachs, Latex, Gummi, Kunststoff, Zementbrei, Bakteriostatikum;

c) durch Behandlung nach einer Kombination der Schritte a) und b).

Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch im Schritt b) mit einem einzigen oder einer Kombination der folgenden Stoffe durchgeführt werden: Asphalt, Kreosot, Harz, anorganisches Polymer, Wachs, Latex, Gummi, Kunststoff, Zementbrei, Bakteriostatikunu

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert:

Der Ausdruck"natürliches Korn" wird hier in dem in der Landwirtschaft üblichen und normalen Sinne gebraucht, nämlich als Gattungsbegriff für die Saat oder Körner von Pflanzen, wie Weizen, Hafer, Gerste, Mais und andere. In den Bereich der Erfindung sind alle solche Körner oder Getreideprodukte eingeschlossen, die nach üblichem Verfahren aufgebläht werden können, wobei "Puffweizen", "Puffreis" usw. entstehen« Dabei ist der Bereich der Erfindung nicht auf die Verwendung des ganzen bzw. unveränderten Korns beschränkt, sondern soll ebenfalls die Verwendung von Teilen der Körner oder Verarbeitungsprodukten, wie gemahlenes Korn, sowie Material, das durch Zusammensetzen aus den Bestandteilen des Korns entsteht, einschließen.

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Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendete Arbeitsmethode zur Herstellung des aufgeblähten Korn ist bereits bekannt und dieselbe wie die, die derzeit zur Herstellung von Getreideprodukten für Frühstücks zwecke verwendet wird. Dazu wird angefeuchtetes Korn in einem geschlossenen Gefäß unter Druck erhitzt. Es erfolgt dann eine plötzliche Druckentlastung, und durch die augenblickliche Bildung von Dampf innerhalb der Körner wird die Aufblähung verursacht. Eine andere bekannte Aufblähungsmethode besteht in der Verarbeitung des Korns in einer Strangpresse.

* -- Das aufgeblähte Korn wird anschließend einer Behandlung unterworfen, mittels derer die aufgeblähten Körner mit Stabilisierungsmitteln behandelt werden. Der Ausdruck "Stabilisierung" bedeutet hier, daß die physikalischen und / oder chemischen Eigenschaften der aufgeblähten natürlichen Körner hinsichtlich ihrer Verwendung als Baumaterial verstärkt und fixiert werden, z.B. ihr Widerstand gegen einen biologischen Angriff, eine Verbesserung ihrer Beständigkeit gegen Wasser und eine Verringerung der Aufweichwirkung von Wasser. Dazu kann eine Reihe von Stabilisierungsmitteln Verwendung finden:

1) eine Wärmebehandlung, durch die die aufgeblähten Körner verkohlt werden;

2) eine Behandlung der aufgeblähten Körner mit einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Material: Asphalt, Kreosot, Harz, Wachs, Latex, Gummi, Kunststoff, Zementbrei, Bakteriostatika wie Quecksilberverbindungen, wobei auch eine Kombination dieser Stoffe verwendet werden kann?

3) eine Kombination der vorstehend genannten Mittel.

Die Verkohlung des aufgeblähten Korns kann nach irgendeinem bekannten Verkohlungsverfahren erfolgen, z.B. indem es bei

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einer Temperatur durch einen Verkokungsofen transportiert wird, "bei der die aufgeblähten Körner verkohlen.

Die Körner stellen ein kompliziertes pflanzliches Zellgewebe dar, das in der Hauptsache aus Stärke, aber auch Harzen, Ölen u.a. besteht. Bei der Verkohlung werden die flüchtigen Stoffe und Wasserdampf ausgetrieben, und es bleibt praktisch reine - Kohle zurück. Dabei hat man gefunden, daß nach dem Vertreiben der flüchtigen Stoffe die verkohlten Endprodukte etwa 50 # des ursprünglichen Gewichtes besitzen.

Im folgenden werden die physikalischen Eigenschaften einer Art von aufgeblähtem und verkohlten Korn beschrieben. Ein einzelnes Korn von aufgeblähtem und verkohlten Weizen hat eine perlenartige Gestalt und zeigt bei einer Teilung an der Bruchstelle eine zellenartige Struktur. Diese Struktur ist die Ursache für die ganz ausgezeichneten Isolierungseigenschaften dieser Perlen,

Da diese Perlen praktisch ausschließlich aus Kohlenstoff bestehen, sind sie im wesentlichen unempfindlich gegen einen biologischen Angriff, sie sind beständig gegen die meisten Chemikalien und eine Reihe von Flüssigkeiten einschließlich Wasser.

Da durch den Verkohlungsprozeß im wesentlichen alle flüchtigen Stoffe aus dem Material ausgetrieben worden sind, sind diese Perlen auch feuersicher.

Die Feuersicherheitseigenschaften sind als gut zu bezeichnen, wenn die Perlen nicht mit Luft in Berührung kommen, z.B. wenn sie in ein Grundmaterial aus Gips oder Portlandzement eingeschlossen sind. Da dabei die Luft ausgeschlossen wird, bleiben die Perlen auch stabil, da sie nicht oxidiert werden können.

Beim Einbringen in Wasser bleiben die Perlen auch nach langen Kochzeiten in schwimmfähigem Zustand, lediglich ein Teil des

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freien Volumens jeder Perle kann dabei mit Wasser ausgefüllt werden. Bei vielen Anwendungszwecken bleiben die Perlen jedoch praktisch trocken, z.B. bei ihrer Anwendung für die Herstellung von isolierenden Wänden. In den Anwendungsfällen, in denen sie der Einwirkung von Wasser ausgesetzt oder in dieses eingetaucht sind, können die Perlen in Verbindung mit einem Bindemittel, wie Asphalt oder Zementbrei, verwendet werden, wobei sie praktisch undurchlässig für Feuchtigkeit werden.

Weizen besitzt ein Raumgewicht von etwa 770 g/l (27 kg/35 1). Das Weizenkorn wird auf das fünf- bis vierzigfache seines ursprünglichen Volumens aufgebläht, und in dem nachfolgenden Verkohlungsprozeß tritt nur eine geringfügige Verringerung dieses Volumens ein. Der Aufblähungsgrad hängt dabei von dem jeweiligen Verwendungszweck des Produktes ab.

Das aufgeblähte natürliche Korn oder die Getreideprodukte, die in der erfindungsgemäßen Weise mit Stabilisierungsmitteln behandelt sind, wird entweder für sich, z.B. als aus einzelnen Teilchen bestehendes Isoliermaterial, verwendet oder in Kombination mit anderen Stoffen, z.B. als ein Zuschlag für Betonmischungen oder als Verbundmaterial in Gestalt von Preßplatten u.a. Im letzteren Pail kann die Verbindung z.B. zur Ausbildung einer Isolierplatte durch Anwendung von Hitze und Druck erfolgen. Andererseits können aber auch die einzelnen Teilchen als Zuschläge von geringem spezifischen Gewicht für Beton verwendet werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei dem die aufgeblähten und stabilisierten Körner als Betonzuschlag verwendet werden. Verständlicherweise werden in diesen Betonmischungen die Verhältnisse und Arten der Komponenten über einen weiten Bereich verändert, ao daß der Anwendungsbereich des aufgeblähten Korns nicht allein auf die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. In entsprechender Weise trägt die

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Auswahl der Veränderung der Mischungsanteile bestimmter Komponenten einschließlich des aufgeblähten stabilisierten Korns zu der Vielseitigkeit der Anwendung solcher Bauteile bei. Die Auswahl der Zementzusohläge, -füllstoffe und -zusätze wird dabei durch den Anwendungszweck des Betons bestimmt. Beispielsweise können die folgenden Eigenschaften der Bauteile zusätzlich zu der Festigkeit und dem Gewicht verändert werden: die Dichte, was im Zusammenhang mit Bohr- ader Befestigungsarbeiten von Bedeutung ist, die wasserabstoßenden Eigenschaften, die Feuerbeständigkeit, die akustischen und andere Isolierungseigenschaften usw.

Mit dem erfindungsgemäßen aufgeblähten und stabilisierten natürlichen Korn hergestellter Beton kann zusätzlich eine oder mehrere der im folgenden aufgeführten Materialien enthalten, ohne daß dadurch irgendwie der Anwendungsbereich eingeschränkt werden soll:

1. Zement üblicher Arten, z.B. Portlandzement, Magnesiazement, Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt, unter Quellung und normiert abbindender Zement oder Kombinationen der genannten Typen, wie auch andere abbindende Materialien wie Stuckgips, Bitumen u.a.

2. Hauptzuschlage oder Füllstoffe der Art, wie sie üblicherweise bei Beton verwendet werden, z.B. Sand, Vermiculit, Asbest, Schlacke usw.

3. Weitere Zusätze, die ebenfalls in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften beigegeben werden können, sind z.B.: Netzmittel, Stoffe, die ein schnelles Abbinden fördern wie Kalziumchlorid, Stoffe, die das Abbinden verzögern, wie Ligninsulfonate oder bestimmte organische Säuren, Plastifizierungsmittel, Mittel zur Verringerung des Wassergehalts, wasserabstoßende Mittel und lufteinschließende Mittel.

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Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen zur näheren Erläuterung.

Beispiel 1 Behandlung des aufgeblähten natürlichen Korns

Die aufgeblähten Körner werden über eine hinreichend lange Zeitdauer auf eine Temperatur erhitzt, die so gewählt ist, daß die Körner verkohlen. Dadurch wird sowohl eine Stabilisierung der Körner bewirkt, wie auch eine Zunahme ihres Widerstandes gegen biologischen Angriff.

Alternativ können auch die nicht aufgeblähten Körner bis zu P dem gleichen Temperaturbereich erhitzt werden? dies bewiiM; gleichzeitig ein Aufblähen und Verkohlen der Körner.

Beispiel 2 Beton von geringem Gewicht

Ein Beton von geringem Gewicht wird durch eine Vermischung der nach Beispiel 1 erhaltenen aufgeblähten und stabilisierten Körner mit einem Portlandzementmörtel erhalten. Vorzugsweise sind die Mischungsverhältnisse folgende: 65 Vol.-# stabilisierte Körner, 35 Vol.-# Portlandzementmörtel. Zur Erleichterung der Ausbildung eines Überzugs des Zementbreies . auf den aufgeblähten stabilisierten Körnern wird der Mischung vorteilhafterweise etwa 1 Gew.-# eines üblichen lufteinschließenden oder plastifizierenden Mittels beigefügt. Vorzugsweise ist der Mörtel aus 40 Gew.-^ Zementbrei und 60 Gew.-$ Sand zusammengesetzt, wobei das Gewichtsverhältnis von Wasser und Zement für den Zement etwa 0,4 beträgt. Es wird bevorzugt ein Sand hoher Qualität verwendet, wie er üblicherweise für die Betonersteilung Anwendung findet. Die Zementmischung wird wie bei einem üblichen aus Portlandzement gebildeten Beton gegossen oder geformt und gehärtet. Es hat sich herausgestellt, daß der so entstehende Stoff angenähert die folgenden Eigenschaften besitzt» Dichte 0,68 g/cm^,

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Druckfestigkeit 21 kg/cm . Dieses Material kann als ein gegen Schall, Dampf und Wärme isolierendes Baumaterial eingesetzt werden, und zwar für die verschiedensten Anwendungszwecke, z.B. für Platten, Blöcke, isolierende Fundamentierungen ua.

Beispiel 3 Kernmaterial für geschichtete Bauplatten

Das Kernmaterial für geschichtete Bauplatten wird durch Vermischen des nach dem Beispiel 1 hergestellten aufgeblähten und stabilisierten Korns mit einem Portlandzementbrei mit oder ohne Zusatz geringer Mengen von Füllstoffen wie Sand oder Asbestfasern hergestellt.

Die folgenden Zusammensetzungen werden bevorzugt: 80 Vol.-^ stabilisiertes Korn, 20 Vol.-# Portlandzementbrei. Der Portlandzementbrei enthält vorteilhafterweise etwa 5 Gew.-^ Asbestfasern oder etwa 10 Gew.-$ körniger Füllstoffe, z.B. Sand, um die Schrumpfung zu verringern, während das Wasser-Zement-Gewichtsverhältnis vorzugsweise bei etwa 0,25 liegt. Die Mischung des aufgeblähten und stabilisierten Korns und des Breies kann gespritzt oder gegossen werden und wird nach den für gewöhnlichen Beton üblichen Verfahren gehärtet. Dabei hat sich herausgestellt, daß das so entstehende Material eine Dichte von etwa 0,26 g/cm⁹ und eine Druckfestigkeit von etwa 3,5 kg/cm besitzt. Solches Material stellt ein ausgezeichnetes Kernmaterial für geschichtetes Baumaterial aus folgenden Gründen dar:

1. es weist einen beträchtlichen Scherungsmodul bzw. eine beträchtliche Steifheit auf, wodurch Beanspruchungen auf Scherung zwischen den aneinandergeschichteten Flächen wirksam verteilt werden.

2. Das Material bildet eine Isolierschicht gegen Schall und Wärme.

3. Mit dem Abbinden des Zements ist eine direkte Bindung an die Flächen der Schichten -verbunden, wenn diese eine rauhe Oberfläche oder mechanische Befestigungsmittel

aufweisen.

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Die vorstehenden Beispiele sind zur Erläuterung der Grundlage der Erfindung angeführt. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diese Erläuterungsbeispiele beschränkt ist, denn das Verhältnis und die Art der Zemente und / oder Zuschläge, die bei den Mischungen Verwendung finden, und auch die verwendeten Stabilisierungsmittel können in vielfacher Weise verändert und ersetzt werden, die alle, vorausgesetzt, daß natürliches Korn oder Getreideprodukte in der hier beschriebenen Weise eingesetzt werden, noch in den Bereich der Erfindung fallen.

Das aufgeblähte und stabilisierte Korn kann in einfacher und vorteilhafter Weise auch in anderen Ausführungsbeispielen als Baumaterial verwendet werden, bei denen unter Einsatz üblicher Bautechniken und Anwendungsmittel isolierende Bauteile von leichtem Gewicht der hier beschriebenen Art verwendet werden. Zum Beispiel können die aufgeblähten und stabilisierten Körner auch aufgesprüht werden.

Ein kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung von aufgeblähtem natürlichen Korn oder Getreide, hinsichtlich dessen ein Vorteil der vorliegenden Erfindung daraus erwächst, daß landwirtschaftliche Produkte dieser Art verhältnismäßig billig sind. Darüber hinaus steht auf diese Weise durch die Verwendung von Weizen als Baumaterial ein neuer Markt für dieses Produkt in den Zeiten offen, in denen in bestimmten geographischen Gebieten ein Überschuß davon vorhanden ist.

Die Verwendung des stabilisierten Korns nach der vorliegenden Erfindung als ein Bau- und Isoliermaterial muß nicht auf die hier erwähnten Fälle beschränkt sein. Vielmehr kann die Verwendung auf alle anderen Anwendungen ausgedehnt werden und läßt sich auch an diese anpassen, in denen ein Material verlangt wird, das die Eigenschaften der aufgeblähten Körner

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besitzt. So sind die aufgeblähten Körner z.B. nach der Verkohlung auch bei sehr hohen Temperaturen beständig, sie können mit keramischen Stoffen verwendet werden zur Herstellung von Porzellan leichten Gewichts mit guter Isolierung, z.B. Teekannen, Teekessel, Servierschüsseln. In ähnlicher Weise können die verkohlten Körner in Kombination mit geeigneten keramischen Stoffen auch für die Herstellung von bei hoher Temperatur gebrannten, isolierenden Bausteinen Verwendung finden.

In Mischung mit Asphalt niedriger Durchlässigkeit (oxidierter Asphalt) kann das aufgeblähte und verkohlte Korn auch zur Herstellung von Isolierplatten Gebrauch finden, deren Einsatz für ein dachdeckendes Material besonders wirtschaftlich ist.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Bau- und Isolierstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß natürliches Korn aufgebläht und anschließend mittels eines der folgenden Verfahrensschritte in der aufgeblähten form stabilisiert wird«

a) Durch Erhitzen unter Verkohlungι

b) durch Behandlung mit einem einzigen oder einer Kombination der folgenden Stoffes Asphalt, Kreosot, Harz, Wachs, Latex, Gummi, Kunststoff» Zementbrei, Bakteriostatikai

c) durch Behandlung nach einer Kombination der Sehritte a) und b).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) des Verfahrens ein einziger oder eine Kombination der folgenden Stoffe eingesetzt wird« Asphalt, Kreosot», Harz, anorganisches Polymer, Wachs, Latex, Gummi, Kunststoff, Zementbrei, Bakteriostatika·

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3. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellter, zusammengesetzter Bau- und Isolierstoff, dadurch gekennzeichnet, daß darin aufgeblähtes und stabilisiertes natürliches Korn enthalten ist.

4. Zusammengesetzter Bau- und Isolierstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß darin verkohltes, aufgeblähtes, natürliches Korn enthalten ist.

*« Zusammengesetzter Stoff nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet,, daß äae aufgeblähte Korn mit einem wasserbeständigen Übersug versehen ist»

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6. Zusammengesetzter Stoff nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeblähte Korn mit einer einen biologischen Angriff auf das Material verhindernden Substanz behandelt ist.

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