Aus Zuschlagstoffen und hydraulischen Bindemitteln bestehendes ausgehärtetes Material
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein aus Zuschlagstoffen und hydraulischen Bindemitteln bestehendes ausgehärtetes Material, dessen Zuschlagstoffe mindestens zum Teil aus Körpern mit einer Zellstruktur und einer umschliessenden Aussenhaut bestehen.
Derartige Materialien sind besonders als Leichtbaustoffe und Leichtbeton in vielen Ausführungsformen bekannt und dadurch charakterisiert, dass die schweren Zuschlagstoffe, etwa der Kies, ganz oder teilweise durch leichtere Zuschlagstoffe ersetzt sind. Als Leichtzuschlagstoffe wurden bisher beim sogenannten Leichtbeton beispielsweise Zellkörper aus Blähton, Bims oder Schlakke benutzt. Soll aber ein solcher Leichtbeton bezüglich der Druckfestigkeit den üblichen Anforderungen genügen, dann muss der die Zuschläge verbindende Mörtel einen relativ hohen Sandanteil besitzen, weil meistens die verwendeten Zellkörper selbst nicht druckfest genug sind, also das Gerüst, das den Zuschlagstoff umgibt, fester gemacht werden muss. Dies ist aber nur begrenzt möglich.
Es wurden auch bereits Leichtbetone vorgeschlagen, bei denen Zellkörper als Zuschlagstoffe Verwendung finden, die selbst eine hohe Festigkeit besitzen, wie dies z.B. bei Zellkörpern aus Blähschiefer oder Blähsilikat der Fall ist. Besonders wenn die Aussenhaut der Zellkörper sehr fest ist, kann durch dicht geschütteten Zuschlag, Zellkörpern bei Verwendung von reiner Zementbindung ein Leichtbeton hoher Festigkeit erzeugt werden. Sandlose, reine Zementbindung bietet den Vorteil geringerer Schwindung und geringeren Raumgewichts.
Bei Leichtbeton-Formkörpern der zuletzt genannten Art, also mit Zellkörpern als Zuschlagstoffen hoher Festigkeit und weitgehend reiner Zementbindung hat sich aber als nachteilig herausgestellt, dass trotz hoher Druckfestigkeit des Zuschlagstoffs die Formkörper nicht die erwarteten günstigen Werte für Zugfestigkeit und Biegefestigkeit aufweisen, die erwünscht und für viele Anwendungszwecke unbedingt Voraussetzung sind. Bei Untersuchungen dieser Erscheinung hat sich herausgestellt, dass offensichtlich die Haftung der Zellkörperoberfläche an der die Zwischenräume zwischen den Zellkörpern ausfüllenden Betonmasse nicht genügend fest ist. Bei zunehmender Zug- oder Biegezugbeanspruchung des Formkörpers tritt deshalb an der Bruchstelle eine Loslösung der Zellkörperoberfläche aus der Betonmasse auf und die Bruchfläche zeigt meist unbeschädigte Zellkörper.
Würde die Haftung der Zellkörperoberfläche an der sie umgebenden Betonmasse wesentlich verstärkt werden können, so würde ein Bruch erst dann auftreten, wenn die Zug- oder Biegefestigkeit der Zellkörper selbst überschritten wird und die Bruchfläche des Formkörpers müsste dann durch die Zellkörper hindurch verlaufen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung dieser Aufgabe dar und betrifft ein aus Zuschlagstoffen und hydraulischen Bindemitteln bestehendes, ausgehärtetes Material, dessen Zuschlagstoffe Körper mit Zellstruktur und einer umschliessenden Aussenhaut enthalten. Gekennzeichnet ist das Material durch hydraulische Bindemittel in der Aussenhaut und durch eine Haftung zwischen der Aussenhaut der Zellkörper und dem Bindemittel des umgebenden Materials, die mindestens gleich der Zerreissfestigkeit der Zellkörper ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des Materials als Leichtbaustoff in beliebiger Gestalt.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis 5 der beigefügten Zeichnung erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 und 2 den Grundriss bzw. Aufriss der Bruchstelle eines Formkörpers aus Leichtbeton bekannter Art.
Fig. 3 und 4 den Grundriss bzw. Aufriss der Bruchstelle eines Formkörpers aus dem erfindungsgemässen Material.
Fig. 5 den Querschnitt durch das erfindungsgemässe Material in schematischer Darstellung.
Das vorliegende Material ist vorzugsweise als Leichtbaustoff geeignet und wird in üblicher Weise als Mörtelmischung aus Zuschlagstoffen, hydraulischen Bindemitteln und Wasser hergestellt, in flüssigem bzw. plastischem Zustand durch Giessen oder Verformung in die gewünschte Gestalt gebracht und dann ausgehärtet. Als hydraulische Bindemittel können Zement, gebrannter und gemahlener Klinker oder andere bekannte Stoffe verwendet werden.
Die Zuschlagstoffe bestehen wenigstens zum Teil, vorzugsweise aber ausschliesslich aus Zellkörpern mit einer Korngrösse im Bereich von etwa 1 bis 20 mm und angenähert runder oder ovaler Gestalt. Die Zellkörper sind umschlossen von einer Aussenhaut; derart aufgebaute Zellkörper sind bekannt beispielsweise aus Blähton, aus Blähschiefer. aus Silikatschaum oder dgl. Vorzugsweise geeignete Zell körper stellt das im Schweizer Patent Nr. 459 W78 beschriebene Blähgestein dar.
Um das vorliegende Material mit gesteigerter Zugund Biegezugfestigkeit zu erhalten ist es aber notwendig, eine hydraulische Bindung zwischen der Aussenhaut der Zellkörper und dem umgebenden Material, also beispielsweise dem die Zwischenräume zwischen den einzelnen Zellkörpern ausfüllenden Beton zu schaffen. Bei den bekannten. Zellkörper als Zuschlagstoffe enthaltenden Leichtbaustoffen ist eine solche hydraulische Bindung zwischen der Aussenhaut der Zellkörper und dem umgebenden Material nicht vorhanden.
Vielmehr besteht eine rein mechanische Reibungshaftung, indem feinkör nige und flüssige Bestandteile beim Aufbereiten der Mörtelmischung in die Unebenheiten der meist zerklüfteten Obrrflächen der Zellkörper eindringen und nach dem Aushärten eine Verankerung der Zellkörper im umgebenden Material bewirken. Dies ist auch der Grund, weshalb häufig Zellkörper mit stark zerklüfteter, aber natürlich wasserundurchlässiger Oberfläche vorgezogen wird.
Ein Zellkörper. der eine hydraulische Bindung zwischen seiner Aussenhaut und dem umgebenden Material ermöglicht, muss an dieser Aussenhaut hydraulische Eigenschaften besitzen, also Eigenschaften wie sie beispielsweise Zement aufweist. Ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Zellkörpern ist im schweizerischen Patent Nr. 498 056 beschrieben, jedoch können auch Zellkörper verwendet werden, die auf andere Weise mit einer Aussenhaut versehen sind, die hydraulische Eigenschaften besitzt. Unter hydraulischen Eigenschaften ist im vorliegenden Falle die Fähigkeit bezeichnet, mit einem. hydraulische Bindemittel enthaltenden Material, eine hydraulische Verbindung einzugehen.
Zellkörper mit einer derartigen, hydraulischen Eigenschaften aufweisenden Aussenhaut sind natürlich als Zuschlag zu Mörtelmischungen, die selbst hydraulische Bindemittel enthalten, besser als übliche Zuschlagstoffe mit inaktiven Oberflächen geeignet, da bei der Aushärtung eine echte hydraulische Bindung zwischen der Oberfläche der Zellkörper und der umgebenden Mörtelmischung stattfindet. Dementsprechend ist die Haftung zwischen der Zellkörperoberfläche und dem das Granulat umgebenden ausgehärteten Material wesentlich stärker als bei Zellkörpern, deren Oberfläche inaktiv ist, also keine derartigen hydraulischen Eigenschaften besitzt, wie dies bisher bei allen bekannten Zellkörpern, beispielsweise bei Blähtonzellkörpern oder Glasschaumzellkörpern der Fall ist.
Diese stärkere Bindung zwischen Zellkörperaussenhaut und umgebendem Material wurde bei der Durchführung von Versuchen über die Biegezugfestigkeit von Probekörpern aus Leichtbeton mit derartigen oberflächenaktiven Zellkörpern festgestellt. Wird beispielsweise ein rechteckiger Probekörper, wie er in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist, durch Abbiegen abgebrochen, so zeigen sich an der Bruchfläche charakteristische Unterschiede bei einem Leichtbeton mit hydraulisch gebundenen Zellkörpern, verglichen mit einem entsprechenden Leichtbeton mit Zellkörpern der bisher üblichen inaktiven Art.
Beim Abbrechen eines Probekörpers 10 aus Leichtbeton, der beispielsweise normales Blähtongranulat im Zuschlagstoff enthält, zeigt die Bruchfläche meist einige, zufällig in der Bruchebene gelegene Blähtonkörper 11, 12 und 13, die zum Teil aus der Bruchebene herausragen; an anderen Stellen können auch flache Mulden 14 beobachtet werden, die von einem Blähtonkörper herrühren, der sich grösstenteils im abgebrochenen Teil des Formkörpers befindet. Eine derartige Bruchfläche lässt also erkennen, dass die Haftung der Oberfläche, beispielsweise des Blähtonkörpers 11, in der ihn umgebenden Betonmasse geringer ist, als der Zusammenhalt innerhalb des Blähtonmaterials. Ein Zellkörper mit guten mechanischen Eigenschaften kann diese aber nur dann voll zur Wirkung bringen, wenn die Haftung seiner Oberfläche an dem ihn umgebenden Material grösser ist als der innere Zusammenhalt im Zellkörper selbst.
Wird ein Formkörper 15 aus einer gleichen Mörtelmischung hergestellt mit eingebetteten oberflächenaktiven Zellkörpern, die an ihrer Aussenhaut hydraulische Eigenschaften besitzen, dann zeigt, wie in den Fig. 3 und 4 schematisch dargestellt ist, beim Abbrechen dieses Formkörpers die Bruchfläche keine herausragenden Teile von Zellkörpern. Vielmehr sind die eingebetteten Zellkörper 16, 17, 18 und 19 ebenso durchbrochen, wie die umgebende Betonmasse. Es ist einzusehen, dass durch die zusätzliche hydraulische Bindung zwischen der Zellkörperaussenhaut und der umgebenden Betonmasse, die eigene Bruchfestigkeit der Zellkörper zu den mechanischen Eigenschaften des Leichtbetons wesentlich mehr beitragen kann, als bei der Verwendung gleicher Zellkörper, ohne hydraulische Eigenschaften an der Aussenhaut, also mit rein mechanischer Verankerung in der Betonmasse.
Bei den in Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellten Formkörpern ist dem Zuschlagstoff Zellkörper beigefügt.
Bekanntlich können aber besonders hochwertige Leichtbaustoffe dann hergestellt werden, wenn Körper mit Zellstruktur als ausschliesslicher Zuschlagstoff verwendet werden, so dass im Leichtbaustoff die Zellkörper ausschliesslich in ausgehärtetes hydraulisches Bindemittel eingebettet sind, also beispielsweise eine reine Zementbindung der Zellkörper vorliegt. Ein derartiger Leichtbaustoff ist im Querschnitt in Fig. 5 schematisch dargestellt. Die Zellkörper 20 mit Zellstruktur im Inneren und einer flüssigkeitsdichten Aussenhaut 21 sind in das sie allseits umgebende Material 22 eingebettet. Natürlich soll ein nur aus Zellkörpern bestehender Zuschlagstoff einen genügenden Anteil von Zellkörpern geringer Korngrösse aufweisen, damit eine dichte Packung des Zuschlagstoffs mit nicht zu grossen Zwischenräumen zwischen den einzelnen Zellkörpern entsteht.
Wird ein solcher Formkörper entsprechend Fig. 5 aus normalen, an der Oberfläche nicht aktiven Zellkörpern geschaffen und dann abgebrochen, so erhält man eine Bruchfläche bestehend aus einer Vielzahl mehr oder weniger unbeschädigter Zellkörperoberflächen. Dies ist ein Zeichen für die zu geringe Haftung der Zellkörperaussenhaut am umgebenden Material. Deutlich verschieden ist aber die Bruchfläche, wenn für den Formkörper oberflächenaktive, also hydraulische Eigenschaften besitzende Zellkörper verwendet wurde, denn dann läuft die Bruchebene durch eine Vielzahl von Zellkörpern hindurch, da die hydraulische Haftung der Aussenhaut die Zerreissfestigkeit der Zellkörper meist übertrifft.
Für Zellkörper, die beispielsweise zur Schaffung eines Leichtbetons dienen, der selbst Zement als hydraulisches Bindemittel enthält ist es vorteilhaft, wenn sich auf der Zellkörperoberfläche ebenfalls Zement in solchem Zustand befindet, dass der Zement noch mindestens einen Rest seiner ursprünglichen hydraulischen Eigenschaften aufweist. Falls erwünscht kann aber auch gebrannter und gemahlener Klinker auf der Oberfläche der Zellkörper vorhanden sein, wenn der Klinker noch die erwünschten hydraulischen Eigenschaften besitzt. Es muss natürlich gewährleistet sein, dass die auf der Oberfläche der Zellkörper vorhandenen, hydraulisch noch aktiven Stoffe in der Mörtelmischung, der die Zellkörper beigefügt sind, keine nachteilige Wirkung ergeben können.
Die vorteilhafte Wirkung einer Aussenhaut, die Stoffe mit hydraulischen Eigenschaften aufweist, tritt bei jedem Zellkörper auf, unabhängig davon aus welchem Material der Zellkörper selbst besteht. Beispielsweise kann ein Blähtonzellkörper oder ein Blähschieferzellkörper, das natürlich normalerweise eine völlig inaktive Oberfläche besitzt, mit einer Oberflächenschicht versehen werden, die ihrerseits fest mit dem Zellkörper verankert ist, andererseits aber noch merkliche hydraulische Eigenschaften besitzt. Ebenso kann ein Schaumglaszellkörper oder ein Kunststoffzellkörper mit derartigen, hydraulisch aktiven Oberflächen versehen werden.
Bei der Herstellung von Formkörpern der vorliegenden Art muss mindestens ein Teil des Zuschlagstoffs aus Zellkörpern bestehen, deren Aussenhaut hydraulische Eigenschaften besitzt. Natürlich können solche oberflächenaktive Zellkörper falls erwünscht auch mit anderen inaktiven Zuschlagstoffen oder in aktiven Zellkörpern vermischt werden. Dies ist beispielsweise bei einem Formkörper der oben anhand von Fig. 5 beschriebenen Art manchmal erwünscht bei Zellkörpern, die bezüglich ihrer feinkörnigen Bestandteile nur schwierig mit einer aktiven Aussenhaut oder Oberfläche versehen werden können. Auch Zuschlagstoffe aus einem Gemisch verschiedenartiger Zellkörper sind verwendbar, falls dies erwünscht ist.
Vorzugsweise wird das vorliegende Material als Leichtbaustoff mit besonders günstigen Festigkeitseigenschaften verwendet in Form von Steinen, Platten, Tafeln, Trägern und anderen Formkörpern beliebiger Gestalt.
Aber auch als Material zum Ausgiessen von Formen und Verschalungen ist der Leichtbaustoff geeignet.
PATENTANSPRUCH 1
Aus Zuschlagstoffen und hydraulischen Bindemitteln bestehendes ausgehärtetes Material, dessen Zuschlagstoffe Körper mit Zellstruktur und einer umschliessenden Aussenhaut enthalten, gekennzeichnet durch hydraulische Bindemittel in der Aussenhaut und durch eine Haftung zwischen der Aussenhaut der Zellkörper und dem Bindemittel des umgebenden Materials, die mindestens gleich der Zerreissfestigkeit der Zellkörper ist.
UNTERANSPRÜCHE
1. Material nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Zuschlagstoffe, die ausschliesslich aus Zellkörpern mit hydraulischer Bindung ihrer Aussenhaut an die Umgebung und Korngrössen im Bereich von etwas 1 bis 20 mm bestehen.
2. Material nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Zement als Bindemittel.
3. Material nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein Gemisch verschiedenartiger Zellkörper.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung des Materials nach Patentanspruch I als Leichtbaustoff in beliebiger Gestalt.
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