DE102004017199B4 - Calciumsilikathydratgebundener Baustein nach Art eines Kalksandsteins und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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Abstract
Calciumsilikathydratgebundener
Baustein nach Art eines Kalksandsteins, hergestellt durch Hydrothermalhärtung eines
wässrigen
geformten Rohstoffgemenges, das
(a) 5 bis 15 Gew.-% CaO einer CaO-Komponente,
(b) 3 bis 10 Gew.-% SiO2 einer SiO2-Komponente,
(c) 35 bis 50 Gew.-%
(c1) Porenbetonmehl oder
(c2) Schaumbetonmehl oder
(c3) Porenbetonmehl und Flugasche oder
(c4) Schaumbetonmehl und Flugasche oder
(c5) Flugasche
(d) sowie 35 bis 50 Gew.-% Bims,
umfasst, wobei die Summe der Komponenten aus (c) und (d) ≤ 85 Gew.-% ist.
(a) 5 bis 15 Gew.-% CaO einer CaO-Komponente,
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umfasst, wobei die Summe der Komponenten aus (c) und (d) ≤ 85 Gew.-% ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen hydrothermal gehärteten calciumsilikathydratgebundenen Baustein nach Art eines Kalksandsteins sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
- Kalksandsteine werden hergestellt durch Mischen mindestens einer silikatischen Komponente, z. B. Quarzmehl, und mindestens einer Kalkkomponente, z. B. Branntkalk und/oder Kalkhydrat, mit Wasser zu einer formbaren Masse. Aus der Masse werden Formkörperrohlinge geformt, die zur Aushärtung in einem Autoklaven hydrothermal behandelt werden. Dabei reagiert die Kalkkomponente mit der silikatischen Komponente unter Bildung von Calciumsilikathydratphasen, die die silikatischen Komponenten oberflächlich miteinander verkitten.
- Die DE-AS 12 85 938 betrifft die Zusammensetzung eines Kalkschlackensteines, dem die Aufgabe zugrunde liegt, das Wasseraufnahmevermögen zu verringern, was durch die Zugabe von Hüttenbims gelingt. Dadurch wird jedoch nicht die Festigkeit des Steins erhöht oder die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst. Dieser Kalkschlackenstein enthält kein Porenbetonmehl und keine SiOx-Quelle in Form von Quarzmehl oder Quarzsand.
- Des weiteren betrifft die
DE 24 23 395 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Gasbeton (= Porenbeton) bzw. Gassilikaten. Bei diesem Baustein handelt es sich aber um einen Kalksandstein, der seinerseits Porenbeton in Form von Porenbetonmehl als Zusatzstoff enthält. Aufgrund seiner Poren weist dieser Baustein andere Festigkeitseigenschaften auf als ein Kalksandstein. DerDE 24 23 395 liegt die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit des Gasbetons zu verbessern, was durch die Zugabe von elementarem Schwefel erreicht wird. - Die
DE 36 37 753 A1 befasst sich mit der Aufgabe, die Standfestigkeit des Rohlings eines Kalksandsteins und die Rissfreiheit des Fertigprodukts zu erhöhen, nicht die Wärmeleitfähigkeit und die Druckfestigkeit des Steins zu beeinflussen. Der darin beschriebene Kalksandstein enthält jedoch keinen Bims und keine Flugasche. Das Granulat aus Gasbeton, das dem Kalksandstein zugegeben wird, ist darüber hinaus sehr grobkörnig. - Aus der
DE 198 26 251 A1 ist ein Kalksandsteinformkörper bekannt, der eine Zusammensetzung bestehend aus 5 bis 12 Teilen Calciumoxid, 58 bis 91 Teilen nicht-amorphem Siliciumdioxid und 3 bis 10 Teilen Wasser aufweist, wobei während und/oder nach der Kontaktierung 1 bis 20 Teile wenigstens eines, ein amorphes Siliciumdioxid enthaltendes Mittel zugefügt wird. - In der
DE 197 37 447 A1 wird ein Kalksand-Wärmedämmstein beschrieben, der neben Kalk, Wasser und kieselsäurehaltigem Zuschlag, zusätzlich 80 bis 95 Gew.-% Blähtonsand, 30 bis 50 Gew.-% Quarzsand sowie 30 bis 50 Gew.-% Bimssand enthält. - Da streng genommen Kalksandstein jedoch nur aus Kalk, Sand und Wasser hergestellt wird, führt die Verwendung von Zuschlägen, wie beispielsweise Flugasche, dazu, dass nur noch ein "Kalksandstein-artiges Produkt" hergestellt wird.
- Diese relativ schweren Bausteine, z. B. die Kalksandsteine, weisen eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit bei hoher Druckfestigkeit auf. Sie eignen sich deshalb nicht zum Einbau in Gebäudebereichen, in denen Wärmebrücken vermieden werden sollen, wie z. B. in Durchstoßbereichen, in denen Bauteile mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit wegen der erforderlichen Druckbelastung die Wärmedämmschichten durchstoßen, wie z. B. in Wandfußbereichen von Außen- und Innenwänden über nicht beheizten Kellern oder bei Fundamentplatten oder belüfteten Kriechkellern.
- Insbesondere für diese Problemzonen sind Bausteine, sog. Kimmsteine, z. B. ISO-Kimmsteine, entwickelt worden, bei denen eine möglichst hohe Steinfestigkeit mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit kombiniert ist.
- Beispielsweise sind derartige Bausteine unter Verwendung von Blähton- oder Blähglasgranulat oder dergleichen als Zusatzstoffe herstellbar (
DE-OS 38 16 686 ). Nachteilig ist, dass hohe Festigkeiten nur mit geringen Zusatzstoffmengen erzielbar sind, woraus relativ hohe Wärmeleitfähigkeiten resultieren, so dass für unterschiedliche Anforderungen Bausteine unterschiedlicher Zusammensetzungen hergestellt werden müssen. - Dieses Problem soll durch Bausteine gemindert werden, bei denen bei der Herstellung anstelle von Blähton – oder Blähglasgranulat oder dgl. oder Kombinationen daraus – amorphe silikatische Komponenten wie Glasmehl oder Bimsmehl verwendet werden (
DE 41 04 919 A1 ). Durch den Zusatz dieser amorphen silikatischen Komponenten kann zwar die Wärmeleitfähigkeit bei etwa gleichbleibender Druckfestigkeit verringert werden. Eine Steigerung bezüglich der Druckfestigkeit ist aber nicht erzielbar. - Aufgabe der Erfindung ist, bei einem Baustein der eingangs beschriebenen Art eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit einhergehend mit einer Steigerung der Druckfestigkeit zu erzielen.
- Diese Aufgabe wird durch einen Baustein erzielt, der hergestellt ist aus:
- (a) 5 bis 15 Gew.-% CaO einer CaO-Komponente,
- (b) 3 bis 10 Gew.-% SiO2 einer SiO2-Komponente, insbesondere Quarzmehl,
- (c) 35 bis 50 Gew.-%
(c1) Porenbetonmehl oder (c2) Schaumbetonmehl oder (c3) Porenbetonmehl und Flugasche oder (c4) Schaumbetonmehl und Flugasche oder (c5) Flugasche; sowie - (d) 35 bis 50 Gew.-% Bims,
- Ein bevorzugtes Gemenge enthält Flugasche, wobei der Anteil der Flugasche nicht größer ist als 40 Gew.-% und die Summe aus Porenbetonmehl, Bims und Flugasche zusammen ≤ 85 Gew.% ist und wobei die Bestandteile jeweils auf 100 Gew.-% zusammengestellt werden. Demgemäß ist bei einem anderen Gemenge der Anteil an Porenbetonmehl durch Flugasche ersetzt.
- Als CaO-Komponente wird vorzugsweise Kalkhydrat oder Branntkalk verwendet.
- Quarzmehl wird vorzugsweise mit einem Kornband von 0 bis 1 mm, insbesondere von 0 bis 0,064 mm verwendet.
- Das Porenbetonmehl, das zweckmäßigerweise als Abfallprodukt aus der Porenbetonherstellung stammt, weist vorzugsweise ein Kornband von bis 1 mm, insbesondere von bis 0, 5 mm auf.
- Der Bims wird vorzugsweise in Form von Yali-Bims verwendet. Dies ist ein Bims mit der folgenden Zusammensetzung.
- Er zeichnet sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit und durch eine, im Gegensatz zum Sand, geringere Schüttdichte aus.
- Dieser Bims wird vorzugsweise in einer Körnung von bis 5 mm, insbesondere von bis 4,5 mm verwendet.
- Flugasche wird vorzugsweise mit geringer Schüttdichte verwendet, vorzugsweise < 1 t/m3.
- Die Herstellung der erfindungsgemäßen Bausteine erfolgt z. B. indem zunächst die Rohstoffe Porenbetonmehl, Bims und Quarzmehl und ggf. Flugasche vermengt, anschließend die Kalkkomponente zugemischt und danach Wasser zugegeben und intensiv weiter gemischt wird. Die Wassermenge beträgt vorzugsweise zwischen 15 und 22 Gew.-%, insbesondere zwischen 18 und 20 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Trockenmasse.
- Die wasserhaltige Masse verweilt 60 bis 120 Minuten in einem Reaktor bei Temperaturen von z. B. 60 bis 70 °C bis zum vollständigen Ablöschen. Danach werden Formsteinrohlinge mit Pressdrücken von 10 bis 22 N/mm2, insbesondere von 15 bis 20 N/mm2 gepresst.
- Die Formsteinrohlinge werden anschließend im Autoklaven bei 14 bis 16 bar Sattdampf bzw. bei 190 bis 200 °C, vorzugsweise 5 bis 10 Stunden, insbesondere 8 bis 10 Stunden gehärtet.
- Auf diese Weise lassen sich insbesondere Bausteine vom Kalksandsteintyp mit folgenden Eigenschaften herstellen:
Rohdichte : 1 bis 1,5, insb. 1,0 bis 1,3 kg/dm3 Steindruckfestigkeit : 15 bis 30, insb. 20 bis 28 N/mm2 Wärmeleitfähigkeit λ10tr : 0,23 bis 0,36 W/mK, ins. 0,27 bis 0, 36 W/mK -
- Die Beispiele verdeutlichen, dass durch die Zugabe von Porenbetonmehl die Rohdichte verringert und die Wärmeleitfähigkeit erniedrigt wird, durch Zugabe von Flugasche wird die Druckfestigkeitsklasse 20 erreicht.
- Überraschend ist, dass das Porenbetonmehl, das auch Schaumbetonmehl sein kann – insofern steht im Rahmen der Beschreibung der Erfindung der Begriff "Porenbeton" auch für das Produkt "Schaumbeton" –, die Druckfestigkeitserhöhung bei einhergehender Erniedrigung der Wärmeleitfähigkeit erbringt.
- Wie aus dem Buch „Leichtbeton" von Siegfried Reinstorf, Bd. II, Porenbetone, des Verlags für Bauwesen-Berlin, 1963, S. 12–14 und 18–19, hervorgeht, werden Porenbetone unterteilt in Gasbetone, Schaumbetone und Mikroporenbetone, wobei die Poren des Gasbetons überwiegend durch Zusatz von Aluminiumpulver entstehen, während im Schaumbeton die Porenbildung durch einen Schaumbildner verursacht wird (siehe insbesondere S. 14, letzter Abs.) In den 70-iger Jahren wurde dann aus Marketinggründen anstatt des Begriffs „Gasbeton" Porenbeton verwendet, da man Sorge hatte, dass der „Bestandteil Gas" potentielle Käufer abschrecken könnte. Demzufolge sind Schaumbetone eine Untergruppe der Porenbetone. Die Schaumbetone werden aus den gleichen Ausgangsstoffen hergestellt und nach denselben Härtungsverfahren verfestigt wie Gasbetone. Die Porigkeit wird auf chemisch-physikalische Weise jedoch durch die Verwendung eines Schaumbildners gewonnen.
- Vorteilhaft ist, einen von den Eigenschaften her identischen Baustein herzustellen, bei dem Abfallstoffe, die ansonsten deponiert werden müssten, als Werkstoffe zum Einsatz kommen.
- Erfindungsgemäße Bausteine lassen sich ohne Festigkeitsprobleme insbesondere aus wärmetechnischen Gründen als unterste Steinschicht (Kimmstein) in Außenwänden bei nicht beheizten Kellern, als unterste Steinschicht der Innenwände über nicht beheizten Kellern, als unterste Steinschicht von Innen- und Außenwänden bei Gebäuden ohne Unterkellerung oder als oberste Steinschicht von Kellerinnen- und -außenwänden bei nicht beheizten Kellern sowie als Dämmschichten unterhalb der Kellerdecke verwenden.
Claims (24)
- Calciumsilikathydratgebundener Baustein nach Art eines Kalksandsteins, hergestellt durch Hydrothermalhärtung eines wässrigen geformten Rohstoffgemenges, das (a) 5 bis 15 Gew.-% CaO einer CaO-Komponente, (b) 3 bis 10 Gew.-% SiO2 einer SiO2-Komponente, (c) 35 bis 50 Gew.-% (c1) Porenbetonmehl oder (c2) Schaumbetonmehl oder (c3) Porenbetonmehl und Flugasche oder (c4) Schaumbetonmehl und Flugasche oder (c5) Flugasche (d) sowie 35 bis 50 Gew.-% Bims, umfasst, wobei die Summe der Komponenten aus (c) und (d) ≤ 85 Gew.-% ist.
- Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge Flugasche enthält, wobei der Anteil der Flugasche nicht größer ist als 40 Gew.-%.
- Baustein nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die CaO-Komponente Kalkhydrat oder Branntkalk ist.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2-Komponente Quarzmehl ist.
- Baustein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzmehl mit einem Kornband bis 1 mm, insbesondere bis 0,064 mm vorliegt.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenbetonmehl ein zerkleinertes Produkt aus der Porenbetonherstellung ist.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Porenbetonmehl oder Schaumbetonmehl mit einem Kornband bis 1 mm, insbesondere bis 0,5 mm, vorliegt.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bims mit einem Kornband bis 5 mm, insbesondere bis 4,5 mm, vorliegt.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche eine Schüttdichte von < 1 t/m3 aufweist.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche ein Kornband bis 0,355 mm, vorzugsweise bis 0,25 mm, aufweist.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohdichte des Bausteins 1 bis 1,5 kg/dm3, insbesondere 1,0 bis 1,2 kg/dm3, beträgt.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfestigkeit des Bausteins 15 bis 30 N/mm2; insbesondere 20 bis 28 N/mm2, beträgt.
- Baustein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit λ10tr 0,23 bis 0,36 W/mK, insbesondere 0,27 bis 0,33 W/mK, beträgt.
- Verwendung des Bausteins nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 als Kimmstein, insbesondere als ISO-Kimmstein.
- Verfahren zur Herstellung eines Bausteins nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a.) Mischen eines trockenen (c1) Porenbetonmehls oder (c2) Schaumbetonmehls oder (c3) Porenbetonmehls und Flugasche oder (c4) Schaumbetonmehls und Flugasche oder (c5) Flugasche in einer Menge von 35 bis 50 Gew.-% des Rohstoffgemenges, mindestens einer SiO2-Komponente (b) in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% des Rohstoffgemenges, Bims (d) in einer Menge von 35 bis 50 Gew.-% des Rohstoffgemenges, wobei die Summe der Komponenten aus (c) und (d) ≤ 85 Gew.-% ist, b.) Zumischen mindestens einer CaO-Komponente (a) in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% des Rohstoffgemenges, c.) Zumischen von Wasser zur Herstellung einer formbaren Masse, d.) Pressen der Masse zu Formsteinrohlingen, e.) Hydrothermales Härten.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrothermalhärtung unter Sattdampfbedingungen erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 16 und/oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass 15 bis 25 Gew.-%, insbesondere 18 bis 20 Gew.-% Wasser bezogen auf das Gewicht der Trockenstoffe, zugemischt wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse vor dem Pressen zu Formsteinrohlingen in einem Reaktor verweilt.
- Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse 50 bis 90 Minuten, insbesondere 60 bis 80 Minuten, im Reaktor verweilt, wenn Branntkalk verwendet wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass Kalkhydrat verwendet, die Masse kalt verpresst und hydrothermal gehärtet wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit Drücken von 10 bis 25 N/mm2, insbesondere von 15 bis 20 N/mm2, gepresst wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Temperaturen zwischen 180 und 210 °C bzw. zwischen 13,5 und 16 bar Sattdampf, insbesondere zwischen 190 und 200 °C bzw. zwischen 14 und 16 bar Sattdampf gehärtet wird.
- Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass 8 bis 10 Stunden, insbesondere 8,5 bis 9,5 Stunden gehärtet wird.
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