DE3633471C2

DE3633471C2 -

Info

Publication number: DE3633471C2
Application number: DE19863633471
Authority: DE
Inventors: Isao Atsugi Kanagawa Jp Shiozaki; Takeshi Kawasaki Kanagawa Jp Fukui
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1985-10-01
Filing date: 1986-10-01
Publication date: 1989-10-12
Also published as: AU6323186A; KR910005426B1; AU587636B2; FR2591589B1; KR870003950A; DE3633471A1; FR2591589A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von autoklavengehärtetem Gasleichtbeton (light weight aerated concrete, nachfolgend abgekürzt ALC) mit einem spezifischen Gewicht von 0,20 bis 1,20 g/cm³.

Die Produktion von ALC umfaßt die Schritte Mischen, Schäumen und Dampfhärten. Im Mischungsschritt werden die Rohmaterialien vermischt. Die Rohmaterialien schließen kalkhaltige Pulver wie Kalk und Zement, siliciumhaltige Pulver wie Quarzsand und Quarzgestein, Wasser und Zusätze wie Aluminiumpulver, ein. Die entstehende Mischung ist eine Aufschlämmung. Beim Schäumen wird die Aufschlämmung durch die Erzeugung von Blasen halbplastifiziert. Die Dampfhärtung wird in einem Autoklaven bei hoher Temperatur und hohem Druck durchgeführt.

Die Produktion von ALC erfordert strenge Qualitätskontrolle der natürlich vorkommenden Rohmaterialien wie Quarzgestein, damit ALC die physikalische Leistung und Haltbarkeit erhält, die für Baumaterialien notwendig ist. Bei der ALC- Herstellung ist es das wichtigste, im Produkt möglichst viel und möglichst gleichmäßigen, hochkristallinen Tobermorit zu bilden. Um das zu erreichen ist es notwendig, daß das Verhältnis (Gewichtsverhältnis) von CaO im kalkhaltigen Material zu SiO₂ im siliciumhaltigen Material größer als 0,45 sein soll. (Dieses Verhältnis wird im folgenden C/S- Verhältnis abgekürzt). Bei einem kleineren C/S-Verhältnis als 0,45 tritt im Produkt eine große Menge von niedrigkristallinen Hydraten auf, was die Bildung von hochkristallinem Tobermorit verhindert. Dies verschlechtert die Druckfestigkeit und Haltbarkeit des Produkts. Jedoch ist das C/S-Verhältnis nicht alleine verantwortlich für die Bildung von niedrigkristallinen Hydraten. Verunreinigungen, wie alkalische oder Aluminium enthaltende Substanzen, bilden niedrigkristalline Hydrate, auch wenn das C/S-Verhältnis größer als 0,45 ist. Dies verhindert die Bildung von Tobermorit und führt dadurch zur Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften und der Haltbarkeit des Produkts. Aus den obengenannten Gründen war die strenge Qualitätskontrolle der Rohmaterialien und der C/S-Verhältnisse wichtig bei der Produktion von ALC.

In der folgenden Erklärung ist das C/S-Verhältnis auf die Berechnung von Zement und Kalk in kalkhaltigem Material - ausgenommen Gips und Calcium -, welches erfindungsgemäß zugegeben wird und von Calciumoxid in Calciumcarbonat gerichtet.

Mehrere verbesserte Methoden für die Unterdrückung der Bildung von niedrigkristallinen Hydraten sind bekannt. Die Methoden der ersten Gruppe beinhalten die Zugabe von Gips und die Methoden der zweiten Gruppe die Zugabe von Aluminium enthaltenden Substanzen wie z. B. Kaolin. Gemäß einer Methode der ersten Gruppe (japanische Patentpublikation Nr. 27 030/1980) wird Gips in einer solchen Menge zugegeben, daß Calciumsulfat 6,5 bis 12 Gew.-% der Gesamtfeststoffe im Rohmaterial darstellt, wodurch die Druckfestigkeit um 52 bis 65% erhöht wird. Gemäß einer anderen der Methoden der ersten Gruppe (japanische Offenlegungsschrift Nr. 30 754 1984) wird Gipsdihydrat in einer solchen Menge zugegeben, daß Calciumsulfat 8 bis 16 Gew.-% der Gesamtfeststoffe im Rohmaterial ausmacht, wobei das siliciumhaltige Rohmaterial aus zumindest einer der Substanzen Quarzsand, Quarzstein und Sand, der als Abfall beim Glaspolieren anfällt, zusammengesetzt ist und mehr als 0,5 Gew.-% Alkalimetalloxide enthält. Die Zugabe von Gipsdihydrat erhöht die Druckfestigkeit um 44 bis 50%. Diese zwei Methoden sind einigermaßen wirkungsvoll, haben aber einige Nachteile. Sie werden weniger wirkungsvoll, wenn das C/S-Verhältnis niedrig ist und die Rohmaterialien größere Mengen von Verunreinigungen enthalten. Unter solchen Bedingungen werden niedrigkristalline Produkte (welche nicht umgesetztes Material enthalten) gebildet und der zweckmäßige Bereich des C/S-Verhältnisses wird enger, wenn die Beschaffenheit der Rohmaterialien berücksichtigt wird.

Die Methoden der zweiten Gruppe beinhalten die Zugabe einer kleinen Menge einer Aluminium enthaltenden Verbindung, wie gekörnter Hochofenschlacke, Bauxit, Kaolin, Aluminiumhydroxid und Aluminiumsulfat, wodurch die Kristallisation von Tobermorit vorangetrieben wird. Sie sind einigermaßen wirksam, haben aber noch Nachteile. Gekörnte Hochofenschlacke ist billig, aber nicht beständig in ihrer Qualität, abhängig vom unterschiedlichen Grad des Glasflusses. Außerdem gibt sie während der Härtung im Autoklaven einen schlechten Geruch nach Sulfiden ab. Das sulfidische Gas korrodiert Metalle und erfordert kostspielige Vorrichtungen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung. Dagegen sind Aluminium enthaltende Verbindungen wie Bauxit und Kaolin teuer und haben einige Nachteile. Sie geben dem Produkt ein rotbraunes Aussehen, erhöhen die Viskosität der Aufschlämmung, beeinträchtigen die physikalischen Eigenschaften des Produkts und reagieren übermäßig schnell unter Bildung unerwünschter Verbindungen. Diese Nachteile sind eine Behinderung für die Kristallisation von Tobermorit.

Die DE-AS 27 44 365 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Gasbeton, bei dem ein Gemenge aus einer calcium- und/oder magnesiumhaltigen Komponente, Wasser, einer Sandkomponente sowie einem Treibmittel, insbesondere Aluminiumpulver, verwendet wird, dem Primärcarbonate von Calcium und/oder Magnesium zugesetzt werden.

Dies soll im Vergleich zu üblichen Gasbetonteilen zu einer erhöhten Tobermoritbildung führen. Der Offenlegungsschrift sind jedoch keine genauen Angaben über die benötigten Mengen der einzelnen Komponenten, sowie über die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Betons zu entnehmen.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung von ALC mit befriedigenden physikalischen Eigenschaften zu schaffen, auch wenn das C/S-Verhältnis auf ungefähr 0,30 verringert ist.

Um die zuvor geschilderten Nachteile auszuschließen, haben die Erfinder eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, die zu dem Ergebnis geführt haben, daß es möglich ist, die Bildung von niedrigkristallinen Hydraten zu verhindern und die Bildung von hochkristallinem Tobermorit voranzutreiben und dabei ALC mit stabilen physikalischen Eigenschaften zu produzieren auch wenn die Mischung ein niedriges C/S-Verhältnis hat und aus Rohmaterialien, die große Mengen von Verunreinigungen enthalten, zusammengesetzt ist, wenn die Rohmaterialien für ALC mit mindestens einer Art eines pulverförmigen Erdalkalimetallcarbonate in bestimmter Menge inkorporiert werden. Weitere Untersuchungen führten zu der Erkenntnis, daß es möglich ist, die physikalischen Eigenschaften von ALC weiter zu verbessern, wenn die Erdalkalimetallcarbonate in Kombination mit einer geeigneten Menge von Calciumsulfat benutzt werden. Auf der Basis dieser Erkenntnisse wurde die vorliegende Erfindung vervollständigt.

Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von ALC aus, als dem Hauptrohmaterial, siliciumhaltigem Pulver wie Quarzsand und Quarzstein und kalkhaltigem Pulver wie Zement und Kalk geschaffen, wobei die Verbesserung darin besteht, daß 1 bis 20 Gew.-% mindestens einer Art von pulverförmigen Erdalkalimetallcarbonaten (ausgenommen 3 bis 20 Gew.-% Calciumcarbonat) und 3 bis 10 Gew.-% Calciumsulfat zugegeben wird, wobei sich die Mengenangaben auf die Menge der Gesamtfeststoffe im Rohmaterial beziehen.

Die erfindungsgemäß benutzten Erdalkalimetallcarbonate umfassen Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, das Doppelsalz von Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat (Dolomit), Strontiumcarbonat und Bariumcarbonat. Es können natürlich vorkommende oder synthetisch hergestellte Carbonate verwendet werden.

Die Erfinder haben früher bereits eine Patentanmeldung für die Erfindung eines Verfahrens zur Herstellung von ALC, welches die obengenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, getätigt. (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 74 553/1983). Gemäß diesem Verfahren werden 3 bis 20 Gew.-% pulverförmiges Calciumcarbonat und 3 bis 10 Gew.-% Calciumsulfat zu den Rohmaterialien zugegeben, wobei die Mengenangaben auf die Menge der Gesamtfeststoffe in den Rohmaterialien bezogen sind. Das Verfahren erlaubt die Bildung von hochkristallinem Tobermorit, was zur Bildung von ALC mit ausreichenden physikalischen Eigenschaften führt, auch wenn das C/S-Verhältnis so niedrig wie 0,29 ist. Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung dieser älteren Erfindung dar.

Erfindungsgemäß wird die Menge an Carbonat auf 1 bis 20 Gew.-% begrenzt. Mit weniger als 1 Gew.-% ruft das Carbonat nicht den Effekt der Förderung der Kristallisation von Tobermorit hervor; und mit mehr als 20 Gew.-% hat das entstehende ALC eine extrem niedrige Druckfestigkeit. (Vermutlich deshalb, weil die Menge der Rohmaterialien für Tobermorit abnimmt und daher die Bildung von Tobermorit abnimmt.)

Erfindungsgemäß werden die Fälle, bei denen 3 bis 20 Gew.-% Calciumcarbonat alleine zugegeben werden, ausgeschlossen (mit anderen Worten die Menge an Calciumcarbonat wird, wenn es alleine benutzt wird, auf mehr als 1 Gew.-% bis weniger als 3 Gew.-% begrenzt). Der Grund hierfür ist folgender: Mit weniger als 1 Gew.-% ruft Calciumcarbonat nicht den Effekt der Förderung der Kristallisation von Tobermorit hervor. Mit mehr als 3 Gew.-% wird das entstehende ALC allmählich schlechter in Bezug auf seine Druckfestigkeit. (Wahrscheinlich deshalb, weil die Menge an Rohmaterialien für Tobermorit abnimmt und dadurch die Bildung von Tobermorit abnimmt. Dies wurde von den Erfindern festgestellt.)

Erfindungsgemäß wird Calciumsulfat in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% zugegeben. Mit weniger als 3 Gew.-% hat Calciumsulfat überhaupt keinen Effekt; und mit mehr als 10 Gew.-% hat das entstehende ALC schlechte Druckfestigkeit.

In ALC, welches erfindungsgemäß hergestellt ist, wird die Bildung von niedrigkristallinen Hydraten unterdrückt und die Bildung von hochkristallinem Tobermorit gefördert. Der Mechanismus ist noch nicht vollständig aufgeklärt; aber die folgende Erklärung wäre möglich: Wenn das C/S-Verhältnis niedrig ist oder die Rohmaterialien eine große Menge von Unreinheiten wie Alkalimetallverbindungen enthalten, wird die Lösung von siliciumhaltigen Substanzen in der Mischung gefördert und das gelöste SiO₂ reagiert mit CaO im Anfangsstadium des Dampfhärtens. Die Reaktion bildet genau getrennte, aus Einzelteilen bestehende Produkte. Diese Produkte verhindern die folgende Zersetzung und verlangsamen dadurch die Reaktion. Auf diese Art und Weise bildet die Hydratisierung von Silikat niedrigkristalline Hydrate und die dadurch geformten niedrigkristallinen Hydrate verbleiben als solche, auch nachdem die Dampfhärtung vollendet ist. Falls Erdalkalimetallcarbonat zugegeben wird, fungiert es als Puffer zur Unterdrückung der übermäßigen Zersetzung von silikathaltigen Substanzen, wodurch bewirkt wird, daß die normale Hydratisierung fortlaufen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf Rohmaterialien angewendet werden, die zerkleinerten Abfall von gehärtetem ALC oder Stücke von halbplastifiziertem ungehärtetem Produkt enthalten. Das erstere dient als Streckmittel, Zuschlag und zur Verminderung von Trockenschwund, das zweite dient als Streckmittel und Schäumungshilfsmittel. Das erfindungsgemäße Verfahren kann äußerst vorteilhaft zur Herstellung von ALC, welcher eine Schüttdichte von 0,45 bis 0,55 g/cm³ hat, angewandt werden; es kann aber auch zufriedenstellend zur Herstellung von ALC, welcher eine Schüttdichte von 0,2 bis 1,2 hat, angewendet werden.

Beispiel 1

ALC mit einer Schüttdichte von 0,50 wurde in der üblichen Weise aus einer Mischung, bestehend aus Quarzstein, Kalk und Zement als den Hauptrohmaterialien und verschiedenen Arten von Carbonat, Calciumsulfat, Aluminiumpulver, Wasser und üblichen Zusätzen hergestellt. Die Mengen der Hauptrohmaterialien wurden so ausgesucht, daß ein C/S-Verhältnis von 0,3 bis 0,45 eingestellt wurde. Das entstandene ALC wurde hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften untersucht. Die Druckfestigkeit wurde gemäß JIS A/5416, Sektion 7 und der Trockenschwund gemäß dem schwedischen Standard SS/137310 gemessen.

In Tabelle 1 ist die Zusammensetzung des für die Experimente benutzten Dolomits gezeigt. Die Ergebnisse der Experimente, in denen Dolomit als Carbonat benutzt wurde, sind in den Tabellen 2 und 3 gezeigt. Die Resultate der Experimente, in denen andere Erdalkalimetallcarbonate benutzt wurden, sind in den Tabellen 4 und 9 gezeigt. Um einen schnellen Vergleich zu ermöglichen, sind auch die Resultate vergleichbarer Beispiele in jeder Tabelle gezeigt.

Tabelle 1

Zusammensetzung von Dolomit (Gew.-%)

Aus den Tabellen 2 bis 9 kann entnommen werden, daß erfindungsgemäß hergestelltes ALC eine Schüttdichte von 0,50 g/cm³, eine höhere Druckfestigkeit als 3,9 N/mm² (40 kg/cm²) und einen niedrigeren Trockenschwund als 0,040% aufweist. Diese Werte stellen die gewünschten physikalischen Eigenschaften von ALC dar.

Beispiel 2

ALC-Proben, die in ihrer Schüttdichte von 0,2 bis 1,2 variieren, wurden hergestellt. In vergleichbaren Beispielen (ausgenommen eines) wurden keine Erdalkalimetallcarbonate und Calciumsulfat zu den Rohmaterialien zugegeben. Die Resultate werden in den Tabellen 10 und 11 gezeigt. Die physikalischen Eigenschaften von ALC wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 gemessen und der Dolomit hat die selbe Zusammensetzung wie in Tabelle 1 gezeigt.

Aus den Tabellen 10 und 11 kann man erkennen, daß erfindungsgemäß hergestellte ALC-Produkte einen breiten Schüttdichtebereich von 0,2 bis 1,2 und dennoch eine zwei- bis dreifach höhere Druckfestigkeit als ALC-Produkte aufweisen, die aus Rohmaterialien hergestellt wurden, welche keine Erdalkalimetallcarbonate und Calciumsulfat enthielten. Die erfindungsgemäß hergestellten ALC-Produkte sind wesentlich verbessert in Bezug auf den Trockenschwund. Zufällig wurde Experiment Nr. 7.1, welches in Tabelle 11 gezeigt ist, mit mehr Calciumcarbonat, als erfindungsgemäß spezifiziert, ausgeführt; deshalb hatte das ALC aus diesem Experiment eine etwas geringere Druckfestigkeit als das erfindungsgemäß hergestellte.

Referenzbeispiel 1

Tabelle 12

Man kann erkennen, daß die Verwendung von Kaliumcarbonat in Verbindung mit Calciumsulfat ein ALC hervorbrachte, das eine niedrige Druckfestigkeit und einen hohen Trockenschwund zeigt.

Erfindungsgemäß ist es möglich, ALC, das eine hohe Druckfestigkeit und einen geringen Trockenschwund zeigt, ohne die strenge Kontrolle des C/S-Verhältnisses herzustellen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von autoklavengehärtetem Gasleichtbeton aus siliciumhaltigem Material und kalkhaltigem Material als den Hauptrohmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 20 Gew.-% pulverförmige Erdalkalimetallcarbonate (ausgenommen 3 bis 20 Gew.-% Calciumcarbonat) und 3 bis 10 Gew.-% Calciumsulfat zugesetzt werden, wobei die Gewichtsangaben sich auf die Menge der Gesamtfeststoffe im Rohmaterial beziehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdalkalimetallcarbonat Magnesiumcarbonat, Dolomit, Strontiumcarbonat oder/und Bariumcarbonat verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdalkalimetallcarbonat Calciumcarbonat in einer Menge von mehr als 1 Gew.-% bis weniger als 3 Gew.-% verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmaterialien mit zerkleinertem Abfall von dampfgehärtetem ALC oder mit Stücken von halbplastifiziertem ungehärtetem Produkt versetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als siliciumhaltiges Material Quarzsand oder Quarzgestein verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kalkhaltiges Material Zement oder Kalk verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein C/S-Verhältnis (das Verhältnis von siliciumhaltigem Material zu kalkhaltigem Material) von 0,3 bis 0,54 eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Produkt eine Schüttdichte von 0,45 bis 0,55 g/cm³ erreicht wird.