DE3326492C2 - Verfahren zum Härten von Formkörpern aus bindemittelhaltigen, porosierten Leichtbaustoffen - Google Patents
Verfahren zum Härten von Formkörpern aus bindemittelhaltigen, porosierten LeichtbaustoffenInfo
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Abstract
Das Verfahren betrifft das Härten von Formkörpern aus bindemittelhaltigen Baustoffen, insbesondere porosierten Leichtbaustoffen, in Wasserdampf im Inneren des Druckbehälters eines Autoklaven, wobei unter Herbeiführung und anschließender Aufrechterhaltung des Sättigungszustandes des Dampfes dessen Temperatur in einer Aufheizphase auf einen vorgegebenen oberen Endwert erhöht, in einer zumindest bis zum Erreichen einer vorbestimmten Ausgleichstemperatur im Innern der Formkörper dauernden Haltephase aufrechterhalten und in einer anschließenden Abkühlungsphase durch Druckminderung auf Ausstoßtemperatur herabgesetzt wird. Dabei wird nach Erreichen der vorgegebenen oberen Endtemperatur des Dampfes und vor der Abkühlungsphase dem Innern des Druckbehälters durch Beheizung eine die zum Ausgleich von Wärmeverlusten des Druckbehälters benötigte Wärmemenge übersteigende Wärmemenge zugeführt und durch geregeltes Abblasen von Dampf aus dem Innern des Druckbehälters ein Ansteigen der Temperatur des Dampfes über den vorgegebenen oberen Endwert unterbunden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Formkörpern aus bindemittelhaltigen, porosierten
Leichtbaustoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei bekannten Verfahren dieser Art, etwa gemäß der DE-OS 19 43 939, wird die zum Härten benötigte Wärme
den zu härtenden Formkörpern durch gesättigten Dampf zugeführt, der in den Druckbehälter des Autoklaven
eingeleitet wird. Die Wärmezufuhr durch Daäipfeinleitung beschränkt sich dabei im wesentlichen
auf die Aufheizphase, während in der Haltephase eine Wärmezufuhr durch Einleiten weiteren Dampfes nur
noch in jenem Umfang erfolgt, wie es zur Aufrechterhaltung der vorbestimmten oberen Endtemperatur des
gesättigten Dampfes angesichts eintretender geringfügiger Wärmeverluste des Druckbehälters erforderlich
ist. Die Länge der Haltephase hängt von dem verwendeten Baustoff sowie dabei von der Zeit ab, innerhalb der
im Innern der Formkörper die zur Härtung erwünschte Ausgleichstemperatur erreicht wird. Beim Autoklavieren
z. B. von Silikatbaustoffen liegt die Ausgleichstemperatur bei ca. 156°C, und die obere Endtemperatur des
gesättigten Dampfes beträgt bei einem Sättigungsdruck von 16 bar 2030C. Ist nach Erreichen der Ausgleichstemperatur die Härtung abgeschlossen, schließt sich an
die Haltephase eine Abkühlungsphase an, in der der Dampfdruck fortlaufend, in der Regel linear, bis auf
Umgebungsdruck herabgesetzt wird. Danach werden die Formkörper aus dem Druckbehälter herausgebracht
und stehen nach vollständiger Abkühlung auf Umgebungstemperatur zur weiteren Verwendung zur
Verfügung.
ίο Bei derartigen Härteverfahren erreichen Formkörper
aus schweren Baustoffen in der Regel befriedigende Festigkeitswerte bei einem Wassergehalt in der Größenordnung
von etwa 3 bis 5 Vol.-%. Diese Größenordnung entspricht dem Ausgleichswert des Wassergehaltes der
Formkörper in Mauerwerken.
Werden nach derartigen Härteverfahren jedoch Formkörper aus porosierten Leichtbaustoffen, insbesondere
porosierte Silikate oder Betone, gehärtet, so verlassen diese den Druckbehälter des Autoklaven mit
einem in der Größenordnung von etwa 20 VoL-°/o liegenden Wassergehalt, der nicht nur die Festigkeit der
Formkörper beeinträchtigt, sondern auch deren Gewicht erhöht und deren Wärmedämmeigenschaften herabsetzt
Erst nach einer langen Trockenzeit, in der Regel in bereits vermauertem Zustand, erreichen Formkörper
aus solchen Leichibaustoffen ihre Ausgleichsfeuchte von etwa 3 bis 5 VoL-%, was zur Folge hat daß erhebliche
zusätzliche Heizkosten für die Mauerwerkstrocknung aufzuwenden sind, bis die Formkörper ihre Ausgleichsfeuchte
und damit ihre vollen Festigkeits- und Wärmedämmeigenschaften erreichen. Da die Formkörper
bei einem solchen Trocknungsvorgang einer recht erheblichen Schwindung unterliegen, sind ferner in Bauten
Rißbildungen zu erwarten.
Der hohe Wassergehalt von Formkörpern aus porosierten Leichtbaustoffen beim Verlassen des Autoklaven
liegt darin begründet, daß die durch Anmachwasser mit einem hohen Wassergehalt bf'-asteten Formkörper
während des Härteverfahrens weiterhin Wasser durch Kondensation des Dampfes an den kondensationsfähigen
Flächen des Formkörpers aufnehmen, die gerade bei porosierten Leichtbaustoffen stark vergrößert sind.
Das in den Formkörpern enthaltene Wasser verbleibt in den Formkörpern in nahezu vollem Umfange, da der
Wärmeinhalt in Formkörpern aus Leichtbaustoffen nicht ausreicht, um innerhalb der Abkühlungsphase eine
nennenswerte Senkung des Wassergehaltes durch Verdampfung herbeizuführen.
Zur Senkung des Wassergehaltes fertiggehärteter
Zur Senkung des Wassergehaltes fertiggehärteter
so Formkörper aus Leichtbaustoffen ist bereits vorgeschlagen worden, die Formkörper vor der Härtebehandlung
im Autoklaven einer Vakuumtrocknung zu unterziehen. Diese hat jedoch einen relativ schlechten
Wirkungsgrad und führt ferner nicht zu befriedigenden Ergebnissen, weil die Formkörper in erheblichem Umfang
Kondensatwasser beim Härtevorgang in der gesättigten Dampfatmosphäre aufnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, mit gutem Wirkungsgrad arbeitendes Verfahren
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem Formkörper aus porosierten Leichtbaustoffen
härtbar und dabei auf einen nur noch etwa 3 bis 5 Vol.-% betragenden Wassergehalt einstellbar sind.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Durch Wärmezufuhr in einer besonderen Phase wird den Formkörpern jene Menge an Wärme zugeführt, die
zur Verdampfung des in den Formkörpern enthaltenen
Wassers bis auf den gewünschten Restwassergehalt benötigt wird. Die dabei angesichts des Sättigungszustandes
des Dampfes im Druckbehälter des Autoklaven an sich zu erwartende Temperatursteigerung wird durch
Abblasen von Dampf unterbunden, und die mit dem Abblasen von Dampf an sich verbundene Störung des
Gleichgewichts vor. im Druckbehälter des Autoklaven vorliegendem Wasser und Dampf wird durch Verdampfung
von Wasser aus den Formkörpern ständig wieder ausgeglichen. Auf diese Weise wird auf einfachem Wege
die Herstellung von Formkörpern mit dem gewünschten niedrigen Wassergehalt bei Verlassen des Druckbehälters
des Autoklaven gesichert Das Verfahren ist dabei sehr genau steuerbar und erreicht einen vorzüglichen
Wirkungsgrad, während gleichzeitig vorhandene Autoklaven Verwendung finden können und nur relativ
geringfügiger Umbauten bedürfen.
Der zur Durchführung des Verfahrens geeignete Autoklav
bedarf lediglich einer dem Druckbehälter zugeordneten Heizvorrichtung sowie eines Dampfdruck-Regelventils
mit vorgebbarer Regelcharakteristik in einer Ausblasleitung des Druckbehälters. Mit Hilfe .sines derartigen
Regelventils kann während der Wärmezufuhr infolge des Beheizens nach Erreichen der vorgegebenen
oberen Endtemperatur dem Dampf in jener Phase, in der das Verdampfen des Wassers aus den Formkörpern
herbeigeführt wird, ein Temperatur/Druck-Verlauf vorgegeben werden, der eine verdampfungs- und energieoptimierte
Behandlung der Formkörper gewährleistet
Grundsätzlich ist es möglich, die Wärmezufuhr in der Aufheizphase nach wie vor durch Einleiten von Dampf
in den Druckbehälter des Autoklaven vorzunehmen und lediglich die Wärmezufuhr nach Erreichen der oberen
Endtemperatur durch Beheizung des Inneren des Druckbehälters herbeizuführen. Bevorzugt ist jedoch
ein Verfahrensablauf, bei dem die gesamte Wärmezufuhr während des Härteverfahrens auf dem Wege der
Druckbehälterbeheizung erfolgt, da hierbei die Wärmezufuhr besonders feinfühlig dosierbar und dabei mit geringerem
Bauaufwand realisierbar ist Werden dabei Formkörper gehärtet, die insbesondere in der Aufheizphase
Gefahr laufen, durch Verdampfung des in ihnen enthalteten Wassers Risse zu bilden oder Oberflächenbeschädigungen
zu erleiden, so kann solchen Erscheinungen dadurch entgegengewirkt werden, daß man zu Beginn der Aufheizphase eine geringe Menge
an Wasser in den Druckbehälter einführt, das durch die Heizungswirkung relativ schnell in gesättigten Dampf
übergeht und einer vorzeitigen Verdampfung von Wasser aus den Formkörpern entgegenwirkt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Abbildung näher erläutert, die in einer schematischen
Schnittdarstellung einen Autoklaven zur Durchführung des Verfahrens veranschaulicht.
Der dargestellte Autoklav umfaßt einen wie üblich z. B. als liegender Zylinderkörper ausgeführten Druckbehälter
1 mit einem Innenraum 2 und einer diesen umgrenzende Behälterwandung 3. An einem Ende ist der
Innenraum 2 des Druckbehälters 1 durch eine Kesselverschlußklappe 4 oder dgl. zugänglich, die zum Einfahren
von Trägerwagen 5 auf Schienen 5' mit einer Ladung aus Formkörpern 6 geöffnet und nach Beschicken
des Innenraums 2 mit Formkörpern 6 druckdicht verschließbar ist.
An seinem gesamten Außenumfang ist der Druckbehalter
1 mit einer Isolierung 7 versehen, wobei auch die Kesselverschlußklappe <l· :;ine Isolierung 8 aufweist.
Der Druckbehälter 1 kann in seiner oberen iiälfte zumindest bereichsweise als Doppelmaritelbehälter ausgebildet
sein, wobei zwischen den Behähermänteln 3 und 9 ein von einem Wärmeträgermedium durchströinbarer
Zwischenraum 10 gebildet ist. Es versteht sich, daß bei einer derartigen Ausführung im Bereich der
vorgesehenen Doppelwandigkeit der Druckbehälter 1 über seinen gesamten Umfang als Doppelmaritelbehälter
ausgebildet ist Das Wärmeträgermedium, z. B. Thermoöl,
kann in über ein Ventil 11 gesteuerter Form durch eine Leitung 12 in den Zwischenraum 10 eingeleitet
werden und durch eine Leitung 13 aus diesem wieder austreten, um z. B. einen eine Wiederaufheizung des
Wärmeträgermediums herbeiführenden, nicht dargestellten Wärmetauscher zu durchlaufen, bevor es dann
wieder in den Zwischenraum 10 eintritt
Stattdessen kann, wie in der unteren Hälfte des Druckbehälters 1 veranschaulicht iit, als Heizvorrichtung
auch ein Rohrschlangenheizkörper 14 vorgesehen sein, der auf dem (einzigen) Behältermantel 3 angeordnet
und von der Isolierung nach auße^ abgeschirmt sein
kann. Dieser Rohrschlangenheizköittsr 14 kann ebenfalls
wiederum von einem Wärmeirägermedium durchflossen sein, das über eine Leitung 15 zugeführt und
über eine Leitung 16 abgeführt wird.
Es ist auch möglich, einen Rohrschlangenheizkörper im Innenraum 2 des Druckbehälters 1 anzuordnen.
Schließlich ist es auch möglich, anstelle von mit einem
Wärmeträgermedium, wie Thermoöl o. dgl, arbeitenden Heizvorrichtungen eine elektrische Heizvorrichtung
vorzusehen. Der Druckbehälter 1 ist mit einem Fernthermometer 17, einem Manometer 18 sowie einer
Dampfauslaßleitung 19 versehen, in deren Leitungsteil 20 ein Dampfdruck-Regelventil 21 eingeschaltet ist In
den Leitungsteil 22 ist ferner ein Sicherheitsventil 23 eingeschaltet.
Nach Befüllen des Druckbehälters 1 mit Formkörpern 6 wird dem Innern 2 im Bedarfsfall eine gewisse
Menge an Wasser zugeführt, wonach die Beheizung eingeschaltet
wird. Durch die Erwärmung verdampft das zugeführte Wasser unter Bildung einer Dampfatmosphire,
die schon kurz nach Beginn der durch Einschalten der Beheizung eingeleiteten Aufheizphase Sättigungszustand
übergeht. Infolge der fortschreitenden Beheizung steigt die Temperatur auf einen vorgegebenen
oberen Endwert, z. B. 2030C an, der z. B. nach etwa
5 Stunden erreicht wird und infolge des Sättigungszustandes des Dampfes mit einem Druckanstieg auf 16 bar
einhergeht. Im Verlauf dieser Aufheizphase steigt auch die Temperatur der Formkörper, wobei allerdings die
Ausgleichstemperatur im Innern der Formkörper zeitlich der Oberflächentemperatur nachläuft Da das Erreichen der Ausgleichstemperatur für eine durchgehende
Härt'irig der Formkörper 6 maßgeblich ist, wird im Anschluß
an die Aufheizphase die gewählte obere Endtemperatur eine Zeitlang auf konstanter Höhe gehalten,
wobei sich die Zeitspanne für diese Haltephase nach Baustoff- und Formkriterien der Formkörper 6 bemißt
und empirisch oder durch Messung ermittelt werden kann. In der Halte,jhase wird durch die Beheizung keine
oder jedenfalls nur soviel Wärme noch dem Innern 2 des Druckbehälters 1 zugeführt, wie gerade benötigt wird,
um die obere Endtemperatur des Dampfes aufrechtzuerhalten. Zur Vermeidung einer in der Haltephase unerwünschten
Wärmezufuhr kann die Beheizung in der Haltephase mehr odv;r weniger abgeschaltet werden.
Stattdessen ist es auch denkbar, das Wärmeträgermedium von einer Temperatur von beispielsweise anfänglich
250 bis 300°C auf eine Teirmeratur von annähernd
5
203°C herabzusetzen.
Im Anschluß an die Haltephase wird nun durch Beheizung dem Innern 2 des Druckbehälters 1 Wärme in ι
einer Menge zugeführt, welche die zum Ausgleich von
Wärmeverlusten des Druckbehälters 1 benötigte War- 5 ,
memenge erheblich übersteigt, um auf diesem Wege
den Formkörpern 6 jene Wärme zuzuführen, die zum i
Verdampfen des in den Formkörpern 6 mit einem Ge- ■
halt von z. B. 20 Vol.-% vorliegenden Wassers bis auf i
einen Restwassergehalt von z.B. 3Vol.-% benötigt 10 '
wird. In dieser Phase zusätzlicher Wärmezufuhr wird
jedoch mit Hilfe des Dampfdruck-Regelventils 21 i;
Dampf aus dem Innern 2 des Druckbehälters 1 ausgeblasen (ζ. B. einem benachbarten Druckbehälter 1 züge- '
führt), um auf diese Weise die Temperatur des Dampfes
im Innern 2 des Druckbehälters 1 auf dem vorgegebenen oberen Endwert konstant zu halten. Das Dampfdruck-Regelventil
21 stellt dabei feinfühlig sicher, daß der Druck im Innern 2 des Druckbehaiters 1 auf dem
konstanten Wert von 16 bar bleibt
Während die Haltephase z. B. 90 Minuten dauert, kann die Phase anschließender Wärmezufuhr für das
Verdampfen von Wasser aus den Formkörpern 6 z. B. 4 Stunden betragen. Die Dauer dieser Zeitspanne hängt
von einer Vielzahl von Faktoren ab und kann empirisch oder durch Messung des Wassergehaltes in den Formkörpern
ermittelt werden.
Hieran schließt sich nun die Abkühlungsphase an, in der beispielsweise innerhalb einer Zeitspanne von weiteren
90 Minuten der Druck linear von 16 bar auf Um- 30 , gebungsdruck herabgesetzt wird. Dabei nimmt die ';
Temperatur des gesättigten Dampfes von der oberen ';' Endtemperatur, z. B. 2030C, auf etwa 75° C ab, und die (J
Formkörper werden alsdann aus dem Druckbehälter 1 '£J
ausgetragen. 35 η Anstelle des Haltens der Temperatur des Dampfes im ;
Innern des Drückbehälters ! auf oberer vergegebener Endtemperatur während der Phase zusätzlicher Wärmezufuhr
ist es auch möglich, nach Erreichen der Ausgleichstemperatur im Innern der Formkörper 6 Dampf
derart aus dem Innern des Druckbehälters 1 abzublasen, daß der Druck des Dampfes sich kontinuierlich oder in
Stufen vermindert. Auf diese Weise kann der Verdampfungsvorgang des Wassers aus den Formkörpern gesteuert
werden, wenn sich z. B. ergibt, daß der Verdampfungsvorgang bei Aufrechterhaltung der oberen Endtemperatur
des Dampfes auch während der Phase der zusätzlichen Wärmezufuhr zu einem zu scharfen Verdampfungsvorgang
führen würde. Allerdings wird dabei in aller Regel die kontinuierliche oder stufenweise
Druckminderung, mit der angesichts des Sättigungszustandes des Dampfes eine Minderung der Dampftemperatur
einhergeht, nur bis höchstens auf einen Wert durchgeführt werden, bei dem die Dampftemperatur die
Ausgleichstemperatur im Innern der Formkörper nicht oder nicht wesentlich unterschreitet Beträgt die Ausgleichstemperatur
z.B. 156°C, so wird dementsprechend
die Druckminderung höchstens bis auf etwa 5,8 bar vorgenommen werden. Der Druck über der Zeit
kann dabei durch einen Kurvenverlauf vorgegeben werden, wie er zur optimalen Steuerung des Verdampfens
von Wasser aus den Formkörpern 6 zweckmäßig ist und ein solcher Kurvenverlauf kann grundsätzlich auch
vorübergehende Druckanstiegsbereiche einschließen.
65 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Härten von Formkörpern aus bindemittelhaltigen, porosierten Leichtbaustoffen in
Wasserdampf im Innern des Druckbehälters eines Autoklaven, bei dem unter Herbeiführung und anschließender
Aufrechterhaltung des Sättigungszustandes des Dampfes dessen Temperatur in einer
Aufheizphase auf einen vorgegebenen oberen Endwert erhöht, in einer zumindest bis zum Erreichen
einer vorbestimmten Ausgleichstemperatur im Innern der Formkörper dauernden Haltephase aufrechterhalten
und in einer anschließenden Abkühlungsphase durch Druckminderung auf Ausstoßtemperatur
herabgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß nach Erreichen der vorgegebenen oberen Endtemperatur des Dampfes und vor der
Abkühlphase dem Innern des Druckbehälters durch Beheizung eine die zum Ausgleich von Wärmeverlusten
des Druckbehälters benötigte Wärmemenge übersteigende Wärmemenge zugeführt und durch
geregeltes Abblasen von Dampf aus dem Innern des Druckbehälters ein Ansteigen der Temperatur des
Dampfes über den vorgegebenen oberen Endwert unterbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß nach Erreichen der Ausgleichstemperatur im Innern der Formkörper durch Abblasen
von Dampf aus dem Innern des Druckbehälters der Druck des iJampfes in einer sich an die Haltephase
anschließenden und der Ah.ühlungsphase vorausgehenden
Zwischenphi.se stufenweise oder kontinuierlich höchstens bis auf eine ι Wert herabgesetzt
wird, der dem Sättigungsdruck bei einer Dampftemperatur vom Wert der Ausgieichstemperatur entspricht
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abblasen von Dampf entsprechend
einer vorgegebenen Regelcharakteristik vorgenommen wird.
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