DE3807250A1

DE3807250A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von zellen- oder porenbeton sowie eines schaumkonzentrats oder schaeumungsmittels hierfuer

Info

Publication number: DE3807250A1
Application number: DE3807250A
Authority: DE
Inventors: Jan Sulkiewicz
Original assignee: ANTHES Inc
Current assignee: ANTHES Inc
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1988-03-05
Publication date: 1988-09-15
Also published as: EP0286149A3; FR2611696A1; GB2204309A; KR880011045A; GB8805187D0; SE8800765L; ZA881468B; SE8800765D0; AU1260088A; CN88101149A; IT8883333A0; EP0286149A2; IT1234884B; JPS63236779A

Description

Die Erfindung betrifft leichten Zellen- oder Porenbeton und besonders die Methode zur Anbringung und das Verfahren zur Herstellung von Zellen- oder Porenbeton, das dabei verwen dete Schaumkonzentrat und das Verfahren zur Herstellung des Schaumkonzentrats.

Leichter Zellen- oder Porenbeton ist ein bekanntes Baumate rial, das in großem Umfang zur Isolation, für mäßig feste Füllstoffe und zu Bauzwecken verwendet wird, besonders auf den Gebieten der vorgegossenen und vorgespannten Betonkon struktionen. Zellen- oder Porenbeton besteht aus einem Sy stem von makroskopischen Luftzellen, die gleichmäßig in ei nem Grundmaterial entweder eines Zementteiges oder eines Zu schlagstoff- und Zementteiges verteilt sind. Zellen- oder Porenbeton wird nach mehreren bekannten Methoden herge stellt, wie durch

1. Bildung von Luftzellen in einem Zementschaum durch che mische Reaktion,
2. Zugabe eines geeigneten Schaumkonzentrats zu dem Schlamm und heftiges Mischen mit einem Hochgeschwindigkeitsmi scher und
3. Vorschäumen eines Schaumkonzentrats und direkte Zugabe zu dem Betongemisch.

Der Hauptnachteil der bekannten Methoden zur Herstellung von Zellenbeton ist fehlende Konsistenzqualität in Betongemi schen. Als Folge hiervon können Betongemische variierender Qualitäten und Festigkeiten Seite an Seite in der gleichen Form oder im gleichen Elemente angeordnet sein. Dies kann zu konzentrierten inneren Spannungsbildungen an den Grenz flächen der unterschiedlichen Ansätze führen, was zu einer erhöhten Anfälligkeit für Rißbildung und vielleicht schließ lich zum Zusammenfallen oder Zerfall der Struktur führt.

Um bei der Herstellung von Zellen- oder Porenbeton wirksam zu sein, muß ein Schaumkonzentrat in der Lage sein, im Volu men sich mehr als 200 bis 500% auszudehnen. Die bekannten Schaumkonzentrate, die zu einem solchen Ausdehnungsgrad be fähigt sind, können ihn jedoch nicht aushalten, sondern ent wässern und fallen innerhalb von etwa 30 min in sich zusam men. Dieser Nachteil wurde durch das Schaumkonzentrat nach der Erfindung überwunden, das nur eine 10%ige Entwässerung in der ersten halben Stunde und eine 50%ige Entwässerung in 6 h gestattet, wobei das Grundmaterial des Schaumes für mehr als 24 h stabil ist.

Der Schlüssel für die außerordentliche Stabilität des Schau mes nach der Erfindung ist ein synergistischer Effekt, den man durch Zugabe einer kleinen Menge von Polymer und Fettal kohol erhält. Zurückliegende Versuche, diesen aus der Kombi nation von Polymer und Fettalkohol stammenden synergisti schen Effekt auszunutzen, führten zu einem Schaum vom sauren Typ (pH < 7). Der Grund für die Verwendung von Polymeren vom sauren Typ ist der, daß nur diese Typen von Alkoholen tole riert werden (z. B. wenn das Polymer Carbopol 941, herge stellt von der B. F. Goodrich, - Acrylsäure ist). Das Alkali des Zements zerstört jedoch den Schaum vom sauren Type, und somit wird dessen Wirksamkeit bei der Betonherstellung ver mindert. Da außerdem kommunales Wasser gewöhnlich Metallio nen enthält, die den Bau eines sauren Polymers auf negative Weise beeinflussen, was seinerseits zu schnellem Zusammen fallen des Schaumes führt, müssen die bekannten Schäume de stilliertes Wasser verwenden, um Schaumstabilität zu haben.

Der Schaum nach der vorliegenden Erfindung jedoch, der ein Polymer vom alkalischen Typ und eine strenge Reihenfolge des Vermischens mit den anderen Bestandteilen benutzt (z. B. RHOFLEX E-330, hergestellt von der Rohm & Haas of Canada Ltd.), ist selbst alkalisch (pH < 7) und somit geeignet für die Herstellung von Zellen- oder Porenbeton. Das mit dem Schaum in den Beton eingeführte alkalische Polymere impräg niert (beschichtet) jede Luftzelle des Betons (Porenüber zug). Da der vorliegende Schaum alkalisch ist, kann gewöhn liches kommunales Wasser verwendet werden. Dies ist vorteil haft, da die Notwendigkeit, destilliertes Wasser zu verwen den, die Anwendung im Bau stark einschränken würde. Der Schaum nach der vorliegenden Erfindung hat auch den Vorteil, daß er jede bekannte Zementtype (mit Ausnahme von Fondu-Ze ment - stark tonerdehaltigem Zement) einschließlich Gips, Tonschlamm, feinem Erdschlamm, Ölbohrtonen und -füllstoff und feiner Erze, schäumen kann. Kein anderer bekannter Schaum kann Zuschlagstoffe von ¾ Inch (19 mm) oder größer in dem Betongrundmaterial tolerieren. Der Schaum nach der Erfindung jedoch kann leichten Zellen- oder Porenbeton her vorragender Stabilität selbst mit Zuschlagstoffen dieser Größe erzeugen.

Außerdem gab es in der Vergangenheit keine zuverlässige Technologie und Ausrüstung, um Zellen- oder Porenbeton mit Konsistenzqualität zu mischen und ihn in industriellem Maß stab (z. B. 30 bis 80 Yard³/h) anzubringen. Obwohl es viele bekannte Methoden zur Anbringung von Beton gibt, liefert die vorliegende Erfindung eine neue Methode, die die modernste Ausrüstung, Installationen und Instrumente, verwendet, die alle unter der konstanten und genauen Kontrolle eines pro grammierbaren Computers arbeiten, was zur Erzeugung einer Konsistenzqualität und zur Anbringung von Zellenbeton mit hoher Geschwindigkeit führt.

Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkonzentrat für die Verwendung bei der Herstellung von Zellen- oder Porenbeton, bei dem man

(a) einen Stabilisator in einem Lösungsmittel auflöst,
(b) einen oberflächenaktiven Stoff zusetzt,
(c) Wasser zugibt und
(d) ein alkalisches Po lymer zusetzt, sowie das nach diesem Verfahren hergestellte Schaumkonzentrat.

Auch liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumkonzentrats für die Verwendung bei der Herstellung von Zellen- oder Porenbeton, bei dem man

(a) einen Stabilisator in einem Lösungsmittel auflöst und
(b) ein oberflächenaktives Mittel zugibt, sowie das nach diesem Verfahren hergestellte Schaumkonzentrat.

Die Erfindung ergibt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Schäumungsmittels für die Verwendung bei der Herstel lung von Zellen- oder Porenbeton mit einer ersten Stufe, bei der man einen Stabilisator in einem Lösungsmittel auflöst und ein oberflächenaktives Mittel zusetzt, einer zweiten Stufe, bei der man ein alkalisches Polymer mit Wasser ver mischt, und mit einer dritten Stufe, in der man die aus der ersten und zweiten Stufe resultierenden Gemische miteinander vereinigt, sowie das nach diesem Verfahren hergestellte Schäumungsmittel.

Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Herstellung von Zellen- oder Porenbeton, bei dem man

(a) einen Betonschlamm in einer mit einem kontinuierlichen Mischer verbundenen Strömungslinie herstellt,
(b) ein Schaumkonzentrat schäumt, um einen Schaum zu bekommen und
(c) diesen Schaum in den Schlamm in dem kontinuierlichen Mischer einspritzt, um einen geschäumten Beton zu erhalten, sowie den nach diesem Verfah ren erhaltenen Zellen- oder Porenbeton.

Schießlich liefert die Erfindung eine Vorrichtung für die Herstellung von geschäumten Beton mit

(a) einem kontinuier lichen Mischer,
(b) einer Strömungslinie für Betonschlamm, wobei Betonschlamm in den kontinuierlichen Mischer gepumpt werden kann,
(c) einem Schaumerzeuger,
(d) Einrichtungen zum Einspritzen einer abgemessenen Schaummenge in den Beton zum Vermischen mit dem Beton in dem kontinuierlichen Mischer und
(e) eine Strömungslinie für geschäumten Beton aus dem konti nuierlichen Mischer.

Das Schaumkonzentrat nach der Erfindung wird vorgeschäumt, bevor man es mit einem Zementteig vermischt, um einen ge schäumten Beton zu erzeugen. Das Schaumkonzentrat wird mit den folgenden Stufen hergestellt.

(i) Auflösen eines Fettalkohol-Stabilisators in einem Lö sungsmittel,
(ii) Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels als Schäu mungsmittel zu obigem,
(iii) Zugabe von ausreichend Wasser und schließlich
(iv) Zugabe eines alkalischen Polymers.

Diese Reihenfolge des Vermischens gestattet die Verwendung eines Polymers vom alkalischen Typ. Versuche, das alkalische Polymer in der Lösung von Stabilisator und Lösungsmittel vor der Durchführung der Stufen (ii) und (iii) zu dispergieren, führt zu einer Zerstörung des Polymerschaumes, was zu einer Koagulation und Härtung von in dem Alkohol suspendierten Klumpen führt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Zusammensetzung des vor liegenden Schaumkonzentrats hinsichtlich der Gewichtsprozen te und der Reihenfolge des Vermischens ist folgende:

Tabelle

a) Stabilisator (z. B. n-Dodecylalkohol) 2,0%
b) Lösungsmittel (z. B. n-Butylakohol) 6,0%
c) Oberflächenaktives Mittel (z. B. Sterling AOS) 11,0%
d) Wasser (Stadtwasser) 77,0%
e) Polymer (z. B. RHOFLEX E-330) 4,0%

Das vorliegende Verfahren zur Herstellung von Schaumkonzen trat kann eine höhere Polymerbeladung tolerieren, was zu ei nem festeren und feineren Schaum führt, doch sollten nicht mehr als 20% Polymer verwendet werden. Außerdem sollte das Konzentrat vorzugsweise mit Wasser in einem Verhältnis 1 : 10 verdünnt werden, bevor es zum Schäumen in einen Schaumerzeuger überführt wird.

Obwohl bevorzugt, sollte das Mengenverhältnis der Komponen ten wie in der Tabelle angegeben sein. Das Mengenverhältnis kann ±30% variieren. Die Abweichung von der bevorzugten Ausführungsform kann zu einer Schaumqualität führen, die nicht so hoch wie jene ist, die erhältlich ist, wenn die Mengenverhältnisse der Bestandteile, die in der Tabelle auf geführt sind, befolgt weden. Außerdem kann das Schaumkon zentrat mit Wasser in Mengenverhältnissen von 1 : 5 bis 1 : 30 verdünnt werden, doch wird der erzeugte Schaum auch von geringerer Qualität sein.

In der Zeichnung, die eine Ausführungsform der Erfindung er läutert, ist Fig. 1 eine schematische Darstellung eines kon tinuierlichen Mischverfahrens für Zellen- oder Porenbeton nach der Erfindung.

In Fig. 1 wird Beton/Mörtel mit normaler Dichte oder Zement schlamm von einem Ready-Mix-Lastwagen zur Arbeitsstelle ge bracht und an eine Betonpumpen-Gefällezuführung (allgemein mit 1 bezeichnet) geliefert. Dieses Gemisch mit normaler Dichte wird zu dem Bereich gepumpt, der allgemein mit 20 be zeichnet ist. Eine Kompaktanlage (die allgemein mit 10 be zeichnet ist), die aus dem Schaumerzeuger 2, dem kontinuier lichen Mischer 3 und Kunststofftrommeln 4, 5, die das Schaumkonzentrat A und Wasser B enthalten, besteht, ist ent lang der Pumpenlinie nahe der Ablagerungsstelle angeordnet. Ein Strömungsüberwachungsgerät 6 überwacht kontinuierlich das durch die Leitung 8 gepumpte Zementschlammvolumen und überträgt diese Information zu einem Computer 7, der gleich zeitig die Information analysiert und den Schaumerzeuger 2 anweist, die geeignete Schaummenge, die erforderlich ist, um die beabsichtigte Dichte zu erreichen, zu erzeugen. Der Schlammerzeuger 2 empfängt die erforderliche Menge an Schaum konzentrat A und Wasser B aus den Kunststofftrommeln 4 und 5. Eine Einspritzeinrichtung 11 spritzt den Schaum direkt in den kontinuierlichen Mischer 3, der in der Schlauchlei tung der Betonpumpe 1 installiert ist. Der Zementschlamm und Schaum werden sorgfältig in dem kontinuierlichen Mischer 3 miteinander vermischt, was zu einem homogenen Betongemisch führt, das dann fertig für die Ablagerung ist.

In einer anderen Ausführungsform enthält die Trommel 4 Schaumkonzentrat A′ und die Trommel 5 das Gemisch B′. Das Verfahren zur Herstellung des Zellen- oder Porenbetons ist das gleiche wie oben beschrieben.

Das Schaumkonzentrat A′ ist ähnlich dem Schaumkonzentrat A, das in der hier beschriebenen Weise hergestellt wird, jedoch mit der Ausnahme, daß das Schaumkonzentrat A′ nur aus dem Stabilisator, dem Lösungsmittel und dem oberflächenaktiven Mittel besteht. Wasser und alkalisches Polymer sind nicht zugesetzt. Die anderen Komponenten werden in den gleichen Mengen und in der gleichen Weise wie im Schaumkonzentrat A zugegeben. Das alkalische Polymer und Verdünnungswasser wer den unter Bildung des Gemisches B′ miteinander vermischt, das dann mit dem Schaumkonzentrat A′ während des oben be schriebenen schaumerzeugenden Verfahrens vermischt wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Schaumkonzentrats zur Er zeugung von Zellen- oder Porenbeton, dadurch gekennzeich net, daß man

a) einen Stabilisator in einem Lösungsmittel auflöst,
b) ein oberflächenaktives Mittel zugibt,
c) Wasser zugibt und
d) ein alkalisches Polymer zugibt.

2. Verfahren zur Herstellung eines Schaumkonzentrats für die Gewinnung von Zellen- oder Porenbeton, dadurch ge kennzeichnet, daß man

a) einen Stabilisator in einem Lösungsmittel auflöst und
b) ein oberflächenaktives Mittel zugibt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Schäumungsmittels zur Gewinnung von Zellen- oder Porenbeton, dadurch gekenn zeichnet, daß man in einer ersten Stufe einen Stabilisa tor in einem Lösungsmittel auflöst und ein oberflächen aktives Mittel zugibt, in einer zweiten Stufe ein alka lisches Polymer mit Wasser vermischt und in einer drit ten Stufe die aus der ersten und zweiten Stufe stammen den Gemische miteinander vereinigt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß man als Stabilisator einen Fettalkohol verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß man als Stabilisator n-Dodecylalkohol verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß man als Lösungsmittel einen mit dem Stabilisator verträglichen Alkohol mit sehr niedriger Viskosität verwendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß man als Lösungsmittel n-Butylalkohol verwendet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß man als oberflächenaktives Mittel Na trium-α-olefinsulfonat verwendet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß man als alkalisches Polymer eine wäßrige Polymertype verwendet, deren pH-Wert größer als 7 ist und deren allgemeine Gruppe als Latex bezeich net wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß das Schaumkonzentrat 1,4 bis 2,6 Gewichtsteile des Stabilisators, 4,2 bis 7,8 Gewichts teile des Lösungsmittels, 7,7 bis 14,3 Gewichtsteile des oberflächenaktiven Mittels und 2,8 bis 5,2 Gewichtsteile des alkalischen Polymers enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß das Schaumkonzentrat, bezogen auf das Gesamtgewicht, 2 Gewichtsteile des Stabilisa tors, 6 Gewichtsteile des Lösungsmittels, 11 Gewichts teile des oberflächenaktiven Mittels und 77 Gewichtstei le Wasser und 4 Gewichtsteile des alkalischen Polymers enthält.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß Stabilisator, Lösungsmittel und oberflächenaktives Mittel vor der Zugabe des alkalischen Polymers in dieser Reihenfolge zu dem Wasser zugesetzt und miteinander vermischt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß das Schaumkonzentrat 2 Ge wichtsteile des Stabilisators, 6 Gewichtsteile des Lö sungsmittels und 11 Gewichtsteile des oberflächenaktiven Mittels enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4 bis 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumkonzentrat 1,4 bis 2,6 Gewichtsteile des Stabilisators, 4,2 bis 7,8 Ge wichtsteile des Lösungsmittels und 7,7 bis 14,3 Ge wichtsteile des oberflächenaktiven Mittels enthält.

15. Verfahren zur Herstellung von Zellen- oder Porenbeton, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) einen Betonschlamm in einer Strömungslinie, die mit einem kontinuierlichen Mischer verbunden ist, vor sieht,
b) ein Schaumkonzentrat unter Bildung eines Schaumes schäumt und
c) den Schaum in dem kontinuierlichen Mischer unter Bil dung von geschäumten Beton in den Schlamm einspritzt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumkonzentrat alkalisch ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich net, daß man ein Schaumkonzentrat verwendet, das 1,4 bis 2,6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schaumkon zentrats, des Fettalkohols, gelöst in 4,2 bis 7,8 Gew.-% eines Lösungsmittels, und 7,7 bis 14,3 Gew.-% eines ober flächenaktiven Mittels, wobei alle diese Bestandteile mit Wasser vereinigt sind, sowie 2,8 bis 5,2 Gew.-% ei nes alkalischen Polymers umfaßt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Schaumkonzentrat verwendet, das, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schäumungsmit tels, 2 Gewichtsteile n-Dodecylalkohol, gelöst in 6 Ge wichtsteilen n-Butylalkohol, 11 Gewichtsteile Sterling AOS und 4 Gewichtsteile eines wäßrigen Polymertyps mit einem pH-Wert größer als 7, dessen allgemeine Gruppe La tex genannt ist, sowie 77 Gewichtsteile Wasser umfaßt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumkonzentrat mit einer wei teren Wassermenge im Verhältnis von 1 Teil Konzentrat zu 10 Teilen Wasser vor dem Schäumen verdünnt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Betons in der Strö mungslinie überwacht und von einem Computer analysiert wird, um die für das Einspritzen in den Beton in dem kontinuierlichen Mischer erforderliche Schaummenge zu bestimmen.

21. Vorrichtung zur Herstellung von Zellen- oder Porenbeton, gekennzeichnet durch

a) einen kontinuierlichen Mischer,
b) eine Strömungslinie für Betonschlamm, bei der Beton schlamm in den kontinuierlichen Mischer gepumpt wer den kann,
c) einen Schaumerzeuger,
d) Einrichtungen zur Einspritzung einer abgemessenen Schaummenge in den Beton zum Vermischen mit dem Beton in dem kontinuierlichen Mischer und
e) eine Strömungslinie für geschäumten Beton aus dem kontinuierlichen Mischer.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Strömungsüberwachungseinrichtung in der Strömungslinie (a) und einen Computer zur Bestimmung der in den Beton einzuspritzenden Schaummenge in Abhängigkeit von der Ab lesung der Strömungsüberwachungseinrichtung.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das Schäumungsmittel 2 Gewichtsanteile des Stabilisators, 6 Gewichtsteile des Lösungsmittels, 11 Gewichtsteile des oberflächenaktiven Mittels und 570 Gewichtsteile Wasser sowie alkalisches Polymer enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasser und alkalisches Polymer in solchem Verhältnis vermischt, daß das Gemisch 4 Gewichtsteile alkalisches Polymer und 1,077 Gewichtsteile Wasser enthält.