DE69208738T2 - Verfahren zur Behandlung von Holzspänen zur Verwendung als Betonzuschlagstoff - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung und Behandlung von Holz in Form von Teilchen im Hinblick auf seine Verwendung als Zuschlagsstoff in Beton, den Zuschlagsstoff sowie den Beton, die dadurch erhalten werden.
• Man kennt den Vorteil, Holz in Form von Partikeln als Zuschlagsstoff für Beton zu verwenden. Dies ist zunächst eine ökonomische Verwertung für bestimmte Nebenprodukte der Waldwirtschaft wie beim Auslichten anfallendes Holz, Sägereiabfälle, kurze Holzabschnitte...
• Es ist ferner die Verwendung des Zementes als Bindemittel, das wesentlich preiswerter ist als Harze oder Klebstoffe, die üblicherweise verwendet werden.
• Schließlich ist es die Verbindung der Eigenschaften des Betons und der Eigenschaften des Holzes: Leichtigkeit, gutes akustisches und thermisches Verhalten des Holzes, Langlebigkeit und Unveränderlichkeit des Betons.
• Es wurde daher bereits vorgeschlagen, Holzpartikel in Beton einzubauen, die vorher einer Vorbehandlung unterzogen wurden, um zu versuchen, das Holz so inert wie möglich gegenüber dem Beton hinsichtlich seiner physiko-chemischen Eigenschaften zu machen.
• Die verschiedenen Behandlungen, die bis heute bekannt sind, insbesondere aus dem Dokument "Holz als Roh- und Werkstoff", Seiten 133 § 1.3, hatten das Ziel, die Konservierung des Holzes in dem Gemisch zu gewährleisten und die chemische Einwirkung bestimmter Substanzen auf das Bindemittel zu neutralisieren. Sie bestehen darin, das Holz durch eine Imprägnierung der Partikel mittels saurer oder basischer Lösungen zu mineralisieren. Solche Lösungen sind Chloride, Sulfate, Kalkmilch, Wasserglas... Man hat festgestellt, daß dann, wenn diese Behandlungen eine tatsächliche Barriere für chemische Reaktionen darstellen, die Salze einen mindernden Effekt auf den Feuchtigkeitsaustausch haben. Daraus ergeben sich mehrere schwerwiegende Nachteile
• Da das Holz sehr hydrophil ist, ist es äußerst schwierig, eine korrekte Hydratation des Zementes um die Holzpartikel zu erreichen. Man muß daher eine erhebliche Menge an Wasser beifügen, um die Holzteilchen zu sättigen. Dieser Überschuß an Wasser führt zu extrem langen Abbindezeiten und zu einem langsamen Trocknen des Betons. Darüber hinaus ändert das Holz bei der Wasseraufnahme seine Abmessungen (Aufblähung) und zieht sich anschließend beim Trocknen wieder zusammen, wobei es einen Teil des von ihm gehaltenen Wassers abgibt. Die Haltbarkeit des Holzes wird ebenfalls verändert. Es ist daher nicht möglich, in sicherer Weise die Eigenschaften des abschließend erhaltenen Produktes zu beherrschen. In bestimmten Fällen hat man sogar eine Verhinderung des Abbindens festgestellt, was man dem Auftreten von Substanzen zuschreibt, die sich aus der Reaktion von alkalischen Verbindungen mit bestimmten Verbindungen des Holzes (Hemizellulose) ergeben
• Durch die vorliegende Erfindung wird versucht, die oben aufgezählten Schwierigkeiten durch eine geeignete Behandlung der Holzpartikel zu lösen, die eine wirksame Maßnahme gegen zerstörerische physikalisch-chemische Reaktionen zwischen Holz, Wasser und Zement bildet.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Holzpartikeln, die zur Zugabe als Zuschlagsstoff für Beton bestimmt sind, wobei das Verfahren darin besteht, das Holz zu trocknen, bis man einen Rest-Feuchigkeitsgehalt in der Größenordnung von 10 bis 15 % erhält entsprechend dem natürlichen Trocknungsgrad und dem Gleichgewicht unter Dach, und daß man die so getrockneten Teilchen mit Siliciumdioxydrauch einhüllt.
• Die Trocknung kann in natürlicher Weise oder mit Hilfe einer geeigneten thermischen Behandlung erfolgen.
• Der Siliciumdioxydrauch, der auf die Partikel durch Mischen aufgebracht wird, bildet eine wirksame Schutzbarriere für das Holz gegen physiko-chemischen Austausch des Holzes mit seiner Umgebung oder verzögert zumindest diesen Austausch während einer hinreichend langen Zeit, bis die wäßrige Phase der Mischung, welche die unerwünschten reaktionsfreudigen Stoffe im Holz transportiert, verschwunden ist.
• In bevorzugter Weise wird die Umhüllung mit Siliciumdioxydrauch durch das Aufstäuben einer Wasserglaslösung fixiert.
• Ein zweites Ziel der Erfindung ist ein Zuschlagsstoff für Beton, der aus Holzpartikeln besteht, die von Siliciumdioxydrauch umhüllt sind. Das Holz kann in Form von Sägespänen zerteilt sein oder kann in Form von wesentlich größeren Schnitzeln oder Splittern vorliegen. Der Restfeuchtigkeitsgehalt dieser Teilchen soll in der Größenordnung von 10 bis 15 % liegen.
• Man erinnert sich, daß Siliciumdioxydrauch ein Nebenprodukt der Verhüttung von Silicium ist und aus sehr feinen Teilchen "Mikrokugeln mit einem mittleren Durchmesser in der Größenordnung von 0,1 µm) von Siliciumdioxyd besteht (mit bis zu 15 % anderer Bestandteile gleicher Körnung). Ein in jüngster Zeit erforschter Anwendungsbereich für diesen Silicium-dioxydrauch besteht in der Verwendung dieses Rauches als Zuschlagsstoff zu Beton wobei er partiell Zement substituiert, da er hydraulische und puzzolangleiche Eigenschaften hat (siehe Dokument "Holz...", S. 133).
• Man versteht, daß eine der ersten Funktionen des Siliciumdioxydrauches in dem mechanischen Verschluß der Holzporen besteht, deren Größe (30 bis 15 µm) deutlich über jener der Siliciumdioxydkügelchen liegt. Man schafft ein mechanisches Hindernis für die Kapillarwirkung, indem man das Eindringen des wäßrigen Betonmilieus in das Holz deutlich abbremst.
• Eine weitere Funktion dieses Siliciumdioxydrauches um die Holzpartikel ist chemischer Natur. Dieses Material zeigt nämlich eine puzzolanähnliche Eigenschaft aufgrund seiner Fähigkeit, mit dem während der Hydratation des Zementes freigesetzten Kalk zu reagieren, um hydratisierte Kalziumsilicate zu bilden. Die puzzolangleiche Eigenschaft des Siliciumdioxydrauches wird im übrigen durch das Wasserglas aktiviert, das als Fixiermittel auf die mit dem Siliciumdioxydrauch vermischten Partikel gesprüht wird. Der Kalk wird somit physisch und chemisch daran gehindert, in die Poren des Holzes einzudringen, wo er durch Angreifen der gegenüber alkalischen Verbindungen empfindlichen Zelluloseverbindungen Substanzen erzeugen könnte, welche das Abbinden verhindern. Das Holz wird somit gegen diesen Angriff alkalischer Substanzen geschützt.
• Der hydrophile Charakter des so behandelten Holzes ist sehr reduziert. Daher braucht man keinen Überschuß an Wasser vorzusehen, um die Hydratation des den Holzpartikeln benachbarten Zementes zu gewährleisten. Diese geringere Wassermenge ist vorteilhaft, da das Holz trocken und damit fest bleibt und die Mischung kompressibel ist. Sie kann in Druck- oder Vibrationsformeinrichtungen verarbeitet werden. Diese geringere Wassermenge ist ferner die Ursache für eine geringere Änderung der Dimensionen als bei den herkömmlichen Holz- Betonarten.
• Im übrigen wird man feststellen, daß das den Übergang zwischen Holz und Zement bildende Material sehr fein verteilt ist und aufgrunddessen zahlreiche Angriffspunkte für chemische Reaktionen und physikalische Bindungen bietet, welche das Holz und den Zement miteinander verbinden. Diese gute Verbindung, die darüber hinaus dauerhaft ist, ist der Grund für die verbesserten mechanischen Eigenschaften gegenüber jenen mäßigen Eigenschaften der bis heute bekannten Holzbetonarten.
• Das gemäß der Erfindung behandelte Produkt hat einerseits den Vorteil, gewichtstabil zu sein, da es wenig empfindlich für Feuchtigkeit ist, was genaue Gewichtsdosierungen erlaubt und andererseits den Vorteil, daß es als herkömmlicher Zuschlagsstoff verwendet, d.h. trocken mit dem Zement vor dessen Befeuchtung gemischt werden kann.
• Es muß schließlich noch bemerkt werden, daß die Körnung dieses Zuschlagsstoffes in erheblichem Maße variieren kann und zwar von Sägemehl bis zu Schnitzeln oder Splittern von mehreren Zentimetern Größe.

Claims (5)

1. Verfahren zur Behandlung von Holzpartikeln, die zur Zugabe als Zuschlagsstoff für Beton bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Phasen umfaßt:

- Trocknen des Holzes, bis man einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von 10 bis 15 % erhält entsprechend dem natürlichen Trocknungsgrad und dem Gleichgewicht unter Dach und

- Einhüllen der so getrockneten Partikel mit Siliciumdioxydrauch.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einhüllen mit Siliciumdioxydrauch durch Mischen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Einhüllen mit Siliciumdioxydrauch ein Fixierungsschritt durch Zerstäuben einer Natronsilikatlösung folgt.

4. Zuschlagsstoff für Beton, der durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß er aus in Partikel zerteiltem Holz besteht, die von Siliciumdioxydrauch umhüllt sind.

5. Zuschlagsstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Abmessung der Holzpartikel zwischen einem Millimeter und mehreren Zentimetern beträgt.