AT526156B1 - Composition for producing components - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß ist eine Zusammensetzung zur Herstellung von Bauteilen vorgesehen, umfassend feste Anteile, die zumindest ein Basismaterial sowie Meta-Ton aufweisen, sowie eine Aktivierungslösung, wobei die Aktivierungslösung mehr als 5% Massenanteile Alkalisilikate aufweist, die Masse des Basismaterials 200% bis 500% der Masse des Meta-Tons beträgt und das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung und der Masse des Meta-Tons größer als 1 ist.According to the invention, a composition for the production of components is provided, comprising solid components which have at least one base material and meta-clay, as well as an activation solution, the activation solution having more than 5% by mass of alkali metal silicates, the mass of the base material being 200% to 500% of the mass of the meta-tone and the ratio between the mass of the activation solution and the mass of the meta-tone is greater than 1.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung von Bauteilen, umfassend feste Anteile, die zumindest ein Basismaterial sowie Meta-Ton aufweisen, sowie eine Aktivierungslösung. The invention relates to a composition for the production of components, comprising solid components which have at least one base material and meta-clay, as well as an activation solution.
[0002] Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Zusammensetzungen und Verfahren bekannt, um Bauteile, wie bspw. Mauersteine oder Wände herzustellen. Mauersteine können z.B. direkt aus einem Gestein gehauen oder als Lehmziegel oder Tonziegel geformt und gebrannt werden, um ausreichende Festigkeitswerte zur Herstellung von Mauern zu erhalten. [0002] A variety of compositions and processes are known from the prior art for producing components such as bricks or walls. Wall stones can, for example, be hewn directly from rock or formed and fired as mud bricks or clay bricks in order to obtain sufficient strength values for the production of walls.
[0003] Eine bekannte Möglichkeit zur Herstellung von Bauteilen ist das Herstellen einer geopoIymeren Zusammensetzung und das anschließende Extrudieren, wodurch ein Bauteil geformt wird. Eine spezielle Zusammensetzung bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines geopolymeren Bauteils werden in der EP 2727894 B1 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden zunächst Meta-Tonerde, Tonerde sowie eine Aktivierungslösung miteinander vermischt, anschließend wird die erhaltene Zusammensetzung extrudiert und abschließend wird der geformte Bauteil getrocknet. Bei der verwendeten Zusammensetzung wird Ton hinzugegeben, der eine Masse von 5 % bis 40 % Massenanteilen der Masse des Meta-Tons aufweist. Das Verhältnis zwischen der Aktivierungslösung und den festen Bestandteilen, insbesondere des Meta-Tons und des Tons, beträgt zwischen 0,25 und 0,85. Die Aktivierungslösung weist weiters Natrium- oder Kaliumsilikat mit einem Anteil zwischen 0 und 20 % Massenanteilen auf. Bei diesem Verfahren können Bauteile mit einer Festigkeit von bis zu ca. 30 MPa hergestellt werden. [0003] A known possibility for producing components is to produce a geopolymeric composition and then extrude it, whereby a component is formed. A special composition or a process for producing a geopolymer component is described in EP 2727894 B1. In this process, meta-alumina, clay and an activating solution are first mixed together, then the resulting composition is extruded and finally the shaped component is dried. In the composition used, clay is added which has a mass of 5% to 40% by mass of the mass of the meta-clay. The ratio between the activation solution and the solid components, especially the meta-tone and the tone, is between 0.25 and 0.85. The activation solution also contains sodium or potassium silicate in a proportion between 0 and 20% by mass. This process can produce components with a strength of up to approx. 30 MPa.
[0004] Nachteilig bei den bekannten Verfahren bzw. Zusammensetzungen zur Herstellung von geopolymeren Bauteilen ist die geringe Festigkeit, die deutlich unter der Festigkeit liegt, die bspw. bei herkömmlichen gebrannten Mauerziegeln erreicht werden kann. [0004] A disadvantage of the known methods or compositions for producing geopolymeric components is the low strength, which is significantly below the strength that can be achieved, for example, with conventional fired bricks.
[0005] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Zusammensetzung bereitzustellen, welche eine höhere Festigkeit des fertigen Bauteils ermöglicht. It is therefore an object of the invention to provide a composition which enables greater strength of the finished component.
[0006] Erfindungsgemäß ist bei einer Zusammensetzung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Aktivierungslösung mehr als 5 % Massenanteile Alkalisilikate aufweist, die Masse des Basismaterials 200 % bis 500 % der Masse des Meta-Tons beträgt und das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung und der Masse des Meta-Tons größer als 1 ist. According to the invention, in a composition of the type mentioned at the outset, it is provided that the activation solution has more than 5% by mass of alkali metal silicates, the mass of the base material is 200% to 500% of the mass of the meta-clay and the ratio between the mass of the activating solution and the mass of the meta-tone is greater than 1.
[0007] Die festen Anteile umfassen also erfindungsgemäß Meta-Ton. Weiters umfassen die festen Anteile ein Basismaterial, das bevorzugt entweder aus Ton, Sand oder Ton und Sand besteht. Die Masse des Tons und/oder des Sands beträgt weiters 200% bis 500% der Masse des MetaTons. Falls das Basismaterial nur Ton und keinen Sand aufweist, beträgt die Masse des Tons 200% bis 500% der Masse des Meta-Tons. Falls das Basismaterial nur Sand und keinen Ton aufweist, beträgt die Masse des Sands 200% bis 500% der Masse des Meta-Tons. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Basismaterial Ton und Sand umfasst bzw. aus Ton und Sand besteht. Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen der Masse des Tons und der Masse des Sands zwischen 0,2:1 und 4:1, bevorzugt zwischen 0,5:1 und 2:1, besonders bevorzugt 0,8:1 und 1,2:1, insbesondere ca. 1:1 beträgt. According to the invention, the solid components therefore comprise meta-clay. Furthermore, the solid components include a base material, which preferably consists of either clay, sand or clay and sand. The mass of the clay and/or sand is also 200% to 500% of the mass of the MetaTon. If the base material has only clay and no sand, the mass of the clay is 200% to 500% of the mass of the metaclay. If the base material has only sand and no clay, the mass of the sand is 200% to 500% of the mass of the metaclay. It is preferably provided that the base material comprises clay and sand or consists of clay and sand. It is particularly preferred that the ratio between the mass of the clay and the mass of the sand be between 0.2:1 and 4:1, preferably between 0.5:1 and 2:1, particularly preferably 0.8:1 and 1.2:1, in particular approximately 1:1.
[0008] Die Zusammensetzung kann vermischt werden, um eine im Wesentlichen homogene Masse zu bilden, die anschließend zum Formen eines Bauteils genutzt wird. Die durch die Zusammensetzung bereitgestellte Masse ist weiters bevorzugt knetbar, um eine gute Formbarkeit sicherzustellen. Die Zusammensetzung erhält bevorzugt, ggf. abgesehen von geringfügigen Verunreinigungen, neben den explizit angeführten Bestandteilen, insbesondere dem Basismaterial, dem Meta-Ton sowie der Aktivierungslösung, keine weiteren Bestandteile. The composition may be mixed to form a substantially homogeneous mass which is subsequently used to form a component. The mass provided by the composition is also preferably kneadable in order to ensure good moldability. The composition preferably contains no other components apart from the explicitly listed components, in particular the base material, the meta-clay and the activation solution, possibly apart from minor impurities.
[0009] Ton (bzw. Tonminerale) umfasst Schichtsilikate, die eine schichtartige Kristallstruktur aus Silizium und Sauerstoff, sowie Wasserstoff und meist Magnesium und Aluminium aufweisen. Die Silikatanionen bestehen hierbei aus Schichten eckenverknüpfter SiO4-Tetraeder. Hierzu gehören bspw. Glimmer, Chlorit, Smektit und Kaolin. Der Ton kann getrocknet oder feucht sein, bevor er mit den anderen Bestandteilen gemischt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Ton vor dem Clay (or clay minerals) includes layered silicates that have a layer-like crystal structure made of silicon and oxygen, as well as hydrogen and usually magnesium and aluminum. The silicate anions consist of layers of corner-connected SiO4 tetrahedra. These include, for example, mica, chlorite, smectite and kaolin. The clay can be dried or wet before it is mixed with the other ingredients. It is preferably provided that the sound before
Mischen mit den anderen Bestandteilen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung nicht thermisch behandelt wird. Mixing with the other components of the composition according to the invention is not thermally treated.
[0010] Unter Meta-Ton wird im Rahmen der Erfindung Ton verstanden, der unter hohen Temperaturen (ca. 500°C bis 900°C) behandelt worden ist, sodass gebundenes Wasser entfernt wird und sich die Struktur bzw. das Kristallgitter verändert. Meta-Ton besteht überwiegend aus reaktionsfähigem Siliziumdioxid und Aluminiumoxid. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist Meta-Kaolin, welches Kaolin ist, das bei ca. 550°C bis 850°C behandelt wurde. In the context of the invention, meta-clay is understood to mean clay that has been treated at high temperatures (approx. 500 ° C to 900 ° C), so that bound water is removed and the structure or the crystal lattice changes. Meta-clay consists predominantly of reactive silicon dioxide and aluminum oxide. A well-known example of this is meta-kaolin, which is kaolin that has been treated at around 550°C to 850°C.
[0011] Durch das Mischen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird, aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen den festen Bestandteilen, insbesondere dem Meta-Ton, und der Aktivierungslösung, ein Geopolymer gebildet. Das erfindungsgemäße Geopolymer hat die Eigenschaft, dass es nach einer an das Formen eines Bauteils anschließenden Härtungszeit (ca. 14 Tage) eine hohe Druckfestigkeit besitzt, die bspw. ca. 60 MPa (N/mm®) betragen kann. Weiters ist es nicht erforderlich, dass während der Härtung aktiv Wärme oder Druck zugeführt wird. Die Härtung kann also an der Umgebungsluft stattfinden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Härtung bei einer Lufttemperatur von mindestens 20°C und mindestens 50% Luftfeuchtigkeit (rH; Relative Feuchtigkeit) erfolgt. Besonders bevorzugt wird die Härtung bei einer Lufttemperatur von 20°C30°C und einer relativen Feuchtigkeit der Luft von 50% bis 90% durchgeführt. By mixing the composition according to the invention, a geopolymer is formed due to a chemical reaction between the solid components, in particular the meta-clay, and the activation solution. The geopolymer according to the invention has the property that, after a curing time following the molding of a component (approx. 14 days), it has a high compressive strength, which can be, for example, approximately 60 MPa (N/mm®). Furthermore, it is not necessary for heat or pressure to be actively applied during curing. The hardening can therefore take place in the ambient air. It is preferably provided that the curing takes place at an air temperature of at least 20 ° C and at least 50% humidity (rH; relative humidity). Curing is particularly preferably carried out at an air temperature of 20°C-30°C and a relative humidity of the air of 50% to 90%.
[0012] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Basismaterial Sand, bevorzugt Quarzsand, aufweist, wobei die Masse des Sandes bevorzugt 10 % bis 500 %, besonders bevorzugt 100 % bis 300 % der Masse der Meta-Tonerde beträgt. Dies erhöht die Festigkeit der Zusammensetzung im ausgetrockneten Zustand weiter. Die festen Bestandteile, insbesondere der Ton und der Meta-Ton sowie ggf. der Sand sind bevorzugt pulverförmig, wenn sie mit der Aktivierungslösung vermischt werden. Der Sand kann hierbei vor dem Mischen mit den anderen Bestandteilen trocken oder feucht sein. It is preferably provided that the base material comprises sand, preferably quartz sand, the mass of the sand preferably being 10% to 500%, particularly preferably 100% to 300%, of the mass of the meta-alumina. This further increases the strength of the composition when dried. The solid components, in particular the clay and the meta-clay and possibly the sand, are preferably in powder form when they are mixed with the activation solution. The sand can be dry or wet before mixing with the other ingredients.
[0013] Der Sand, insbesondere der Quarzsand, weist bevorzugt eine Korngröße von 0,05 bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,2 mm auf. The sand, in particular the quartz sand, preferably has a grain size of 0.05 to 0.5 mm, particularly preferably 0.1 to 0.2 mm.
[0014] Der Feuchtegehalt der einzelnen Bestandteile, insbesondere von Ton und/oder Sand, kann vor bzw. während der Herstellung der Zusammensetzung ermittelt und die Rezeptur der Zusammensetzung kann ggf. angepasst werden, indem bspw. der Aktivierungslösung mehr oder weniger Wasser zugeführt wird. The moisture content of the individual components, in particular of clay and/or sand, can be determined before or during the production of the composition and the recipe of the composition can be adjusted if necessary, for example by adding more or less water to the activation solution.
[0015] Die Aktivierungslösung ist bevorzugt eine Flüssigkeit. Dies erlaubt ein einfaches Mischen mit den festen Anteilen der Zusammensetzung. The activation solution is preferably a liquid. This allows easy mixing with the solid portions of the composition.
[0016] Die Aktivierungslösung umfasst neben den Alkalisilikaten bevorzugt ein Hydroxid, besonders bevorzugt Kaliumhydroxid und/oder Natriumhydroxid, und/oder Rubidiumhydroxid und/oder Caesiumhydroxid. In addition to the alkali metal silicates, the activation solution preferably comprises a hydroxide, particularly preferably potassium hydroxide and/or sodium hydroxide, and/or rubidium hydroxide and/or cesium hydroxide.
[0017] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Alkalisilikate Natriumsilikate und/oder Kaliumsilikate sind. Alternativ oder zusätzlich können die Alkalisilikate auch Lithiumsilikate umfassen. Die Verwendung von Natriumsilikaten, Kaliumsilikaten und/oder Lithiumsilikaten (Wasserglas) in flüssiger Form ermöglicht die einfache alkalische Aktivierung der festen Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. Hierbei weist Lithiumwasserglas zwar die beste Reaktionsfähigkeit auf, ist allerdings teurer als Natriuumwasserglas und Kaliumwasserglas. [0017] Furthermore, it is preferably provided that the alkali metal silicates are sodium silicates and/or potassium silicates. Alternatively or additionally, the alkali metal silicates can also include lithium silicates. The use of sodium silicates, potassium silicates and/or lithium silicates (water glass) in liquid form enables simple alkaline activation of the solid components of the composition according to the invention. Although lithium water glass has the best reactivity, it is more expensive than sodium water glass and potassium water glass.
[0018] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Aktivierungslösung Kaliumhydroxid und Kaliumsilikat umfasst. Bevorzugt ist bei einer Aktivierungslösung, die Kaliumhydroxid und Kaliumsilikat umfasst, kein weiteres Hydroxid und kein weiteres Silikat enthalten. Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Aktivierungslösung Natriumhydroxid und Natriumsilikat umfasst. Bevorzugt ist bei einer Aktivierungslösung, die Natriumhydroxid und Natriumsilikat umfasst, kein weiteres Hydroxid und kein weiteres Silikat enthalten. It is preferably provided that the activation solution comprises potassium hydroxide and potassium silicate. An activation solution which comprises potassium hydroxide and potassium silicate preferably contains no further hydroxide and no further silicate. Furthermore, it is preferably provided that the activation solution comprises sodium hydroxide and sodium silicate. An activation solution which comprises sodium hydroxide and sodium silicate preferably contains no further hydroxide and no further silicate.
[0019] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Aktivierungslösung zwischen 20% und 90% Massenanteile, besonders bevorzugt zwischen 40% und 80%, insbesondere ca. 50% bis 70% Massenanteile Alkalisilikate aufweist. In diesen Bereichen ist die zu erreichende Festigkeit des Endpro-It is preferably provided that the activation solution has between 20% and 90% by mass, particularly preferably between 40% and 80%, in particular approximately 50% to 70% by mass, of alkali metal silicates. In these areas the strength of the final product to be achieved is
duktes, also eines Bauteiles, am höchsten. duct, i.e. a component, is the highest.
[0020] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass das Basismaterial Ton aufweist, wobei der Massenanteil des Tons bevorzugt 200% bis 400%, besonders bevorzugt 250% bis 350%, des Massenanteils des Meta-Tons beträgt. Bei diesem Verhältnis zwischen Ton und Meta-Ton besteht ein günstiges Verhältnis zwischen reaktionsaktivem Material und Füllstoffen, um einen stabilen Bauteil herstellen zu können. Furthermore, it is preferably provided that the base material has clay, the mass fraction of the clay preferably being 200% to 400%, particularly preferably 250% to 350%, of the mass fraction of the meta-clay. With this ratio between clay and meta-clay, there is a favorable ratio between reactive material and fillers in order to be able to produce a stable component.
[0021] Um die Festigkeit des gebildeten Bauteils weiter zu erhöhen, ist bevorzugt vorgesehen, das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung und der Masse des Meta-Tons zwischen 1,1 und 1,6, besonders bevorzugt zwischen 1,25 und 1,35 liegt. Zusätzlich wirkt sich dieses Verhältnis positiv auf die Fließfähigkeit der Zusammensetzung und damit die einfache Verarbeitbarkeit der Zusammensetzung aus. In order to further increase the strength of the component formed, the ratio between the mass of the activation solution and the mass of the meta-clay is preferably between 1.1 and 1.6, particularly preferably between 1.25 and 1.35 lies. In addition, this ratio has a positive effect on the flowability of the composition and thus the ease of processing of the composition.
[0022] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung und der Masse der festen Anteile zwischen 0,2 und 0,4, besonders bevorzugt zwischen 0,25 und 0,35 liegt. Bei diesem Verhältnis kann eine gute Knetbarkeit der Zusammensetzung erzielt werden, die die Verarbeitbarkeit zu einem Bauteil verbessert. Furthermore, it is preferably provided that the ratio between the mass of the activation solution and the mass of the solid components is between 0.2 and 0.4, particularly preferably between 0.25 and 0.35. With this ratio, good kneadability of the composition can be achieved, which improves the processability into a component.
[0023] Bei einer bevorzugten Ausbildung ist vorgesehen, dass der Meta-Ton Meta-Kaolin umfasst. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Meta-Ton Meta-Kaolin ist. Meta-Kaolin ist für die Verwendung in Geopolymeren erprobt und gut geeignet. In a preferred embodiment it is provided that the meta-clay comprises meta-kaolin. It is particularly preferred that the meta-clay is meta-kaolin. Meta-Kaolin has been tested and well suited for use in geopolymers.
[0024] Die Aktivierungslösung enthält bevorzugt Wasser (H,O). Dies dient insbesondere einer besseren Mischbarkeit und Verbindung der einzelnen Komponenten der Zusammensetzung während des Mischens. The activation solution preferably contains water (H,O). This serves in particular to improve miscibility and connection of the individual components of the composition during mixing.
[0025] Die Zusammensetzung umfasst bevorzugt, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung, 50% bis 70% Massenanteil Basismaterial, 5% bis 20% Massenanteil Meta-Ton, 5% bis 20% Massenanteil Alkalisilikate, 0% bis 10% Massenanteil Hydroxid und 0% bis 25% Massenanteil Wasser. The composition preferably comprises, based on the total mass of the composition, 50% to 70% by mass of base material, 5% to 20% by mass of meta-clay, 5% to 20% by mass of alkali metal silicates, 0% to 10% by mass of hydroxide and 0 % to 25% mass fraction water.
[0026] Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles, bei welchem in einem ersten Schritt eine Mischung aus einer Zusammensetzung, umfassend feste Anteile, die zumindest ein Basismaterial sowie Meta-Ton aufweisen, sowie eine Aktivierungslösung, hergestellt wird, wobei die Aktivierungslösung mehr als 5% Massenanteile Alkalisilikate aufweist, die Masse des Basismaterials 200% bis 500% der Masse des Meta-Tons beträgt und das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung und der Masse des Meta-Tons größer als 1 ist, und in einem zweiten Schritt die Mischung mithilfe eines Extruders zu einem Bauteil geformt wird. The invention further relates to a method for producing a component, in which, in a first step, a mixture of a composition comprising solid components which have at least one base material and meta-clay, as well as an activation solution, is produced, the activation solution has more than 5% mass proportions of alkali metal silicates, the mass of the base material is 200% to 500% of the mass of the meta-clay and the ratio between the mass of the activation solution and the mass of the meta-clay is greater than 1, and in a second step Mixture is formed into a component using an extruder.
[0027] Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird hierbei zunächst zusammengefügt und vermischt, sodass eine im Wesentlichen homogene Mischung entsteht. Um Luftblasen aus der Zusammensetzung zu entfernen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Zusammensetzung nach dem Vermischen einer Vibration und/oder einem Unterdruck ausgesetzt wird. Anschließend wird die Zusammensetzung mithilfe eines Extruders (bzw. einer Strangpresse) in die gewünschte Form gebracht. Bspw. wird mithilfe des Extruders ein Endlosprofil eines Bauteiles wie bspw. eines Mauersteins geformt, welches in regelmäßigen Abständen abgeschnitten wird, um einzelne Mauersteine zu formen. The composition according to the invention is first put together and mixed so that a substantially homogeneous mixture is created. In order to remove air bubbles from the composition, it is preferably provided that the composition is subjected to vibration and/or negative pressure after mixing. The composition is then shaped into the desired shape using an extruder (or extruder). For example, the extruder is used to form an endless profile of a component such as a brick, which is cut off at regular intervals to form individual bricks.
[0028] Nach dem Formen des Bauteils ist bevorzugt vorgesehen, dass an den zweiten Schritt anschließend in einem dritten Schritt der Bauteil ausgehärtet wird. Das Aushärten erfolgt bevorzugt an der Umgebungsluft, also ohne Wärme- oder Druckzufuhr. Hierdurch gelingt es auf besonders einfache Art und Weise, ein Bauteil wie einen Mauerstein herzustellen, der weiters eine hohe Druckfestigkeit aufweist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Härtung bei einer Lufttemperatur von mindestens 20°C und mindestens 50% Luftfeuchtigkeit (rH; Relative Feuchtigkeit) erfolgt. Besonders bevorzugt wird die Härtung bei einer Lufttemperatur von 20°C-30°C und einer relativen Feuchtigkeit der Luft von 50% bis 80% durchgeführt. Bei diesen Bedingungen gelingt die Härtung schnell, kosteneffizient und unter Vermeidung von Rissen in den Bauteilen. After the component has been formed, it is preferably provided that the component is cured in a third step following the second step. Hardening is preferably carried out in the ambient air, i.e. without the addition of heat or pressure. This makes it particularly easy to produce a component such as a brick that also has high compressive strength. It is preferably provided that the curing takes place at an air temperature of at least 20 ° C and at least 50% humidity (rH; relative humidity). Curing is particularly preferably carried out at an air temperature of 20 ° C - 30 ° C and a relative humidity of the air of 50% to 80%. Under these conditions, hardening is quick, cost-efficient and avoids cracks in the components.
[0029] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Mischen im ersten Schritt des Verfahrens wie folgt It is preferably provided that the mixing in the first step of the process takes place as follows
durchgeführt wird. Zunächst wird das Alkalisilikat mit Wasser gemischt. Anschließend wird ein Hydroxid in dem Alkalisilikat-Wasser-Gemisch aufgelöst, um die Aktivierungslösung zu erhalten. is carried out. First, the alkali silicate is mixed with water. A hydroxide is then dissolved in the alkali silicate-water mixture to obtain the activation solution.
[0030] Weiters werden die festen Anteile, nämlich ein Basismaterial, insbesondere Ton und Sand, mit dem Meta-Ton vermengt, bis eine im Wesentlichen homogene Masse der festen Anteile entsteht. Dieser Schritt kann gleichzeitig, nach oder vor dem Herstellen der Aktivierungslösung erfolgen. Furthermore, the solid components, namely a base material, in particular clay and sand, are mixed with the meta-clay until a substantially homogeneous mass of the solid components is created. This step can occur simultaneously, after or before preparing the activation solution.
[0031] Nach der Bereitstellung der Aktivierungslösung sowie der festen Anteile wird die Aktivierungslösung zu dem festen Anteil zudosiert und gemischt, bis eine im Wesentlichen homogene und knetbare Masse entsteht. Diese Masse kann anschließend zur Herstellung eines Bauteiles verwendet werden. After providing the activation solution and the solid components, the activation solution is added to the solid component and mixed until a substantially homogeneous and kneadable mass is created. This mass can then be used to produce a component.
[0032] Alternativ können die einzelnen Bestandteile der Zusammensetzung auch in einer anderen Reihenfolge miteinander vermischt werden, um eine im Wesentlichen homogene Masse zu erhalten. Alternatively, the individual components of the composition can also be mixed together in a different order in order to obtain a substantially homogeneous mass.
[0033] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welches für die Herstellung aller drei Beispiele im Wesentlichen gleich ist. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. 1 shows a schematic representation of a method according to the invention, which is essentially the same for the production of all three examples.
[0034] In Fig. 1 ist der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung schematisch dargestellt. In Abschnitt 1 wird eine Aktivierungslösung hergestellt. In Abschnitt 2 werden feste Anteile hergestellt. Das Mischen der Aktivierungslösung (Abschnitt 1) und das Mischen der festen Anteile (Abschnitt 2) kann gleichzeitig oder auch zeitlich versetzt, bspw. nacheinander erfolgen. Anschließend werden in Abschnitt 3 die Aktivierungslösung aus Abschnitt 1 und die festen Anteile aus Abschnitt 2 zusammengefügt. In Abschnitt 4 wird aus der im Abschnitt 3 gebildete Zusammensetzung eine Form gebildet, bspw. mithilfe einer Form oder eines Extruders. Anschließend wird in Abschnitt 5 die Form gehärtet. The sequence of a method according to the invention for producing a composition according to the invention is shown schematically in FIG. In Section 1, an activation solution is prepared. In Section 2, fixed shares are created. The mixing of the activation solution (Section 1) and the mixing of the solid components (Section 2) can take place simultaneously or at different times, for example one after the other. The activation solution from Section 1 and the fixed components from Section 2 are then put together in Section 3. In section 4, a mold is formed from the composition formed in section 3, for example using a mold or an extruder. The mold is then hardened in section 5.
[0035] Im Folgenden werden drei Beispiele dieses Verfahrens beschrieben. Three examples of this process are described below.
BEISPIEL 1 EXAMPLE 1
[0036] Im ersten Abschnitt 1 wird zunächst 1,535 kg Kaliumsilikat mit 0,768 kg Wasser gemischt. Anschließend wird 1,075 kg Kaliumhydroxid in dem Kaliumsilikat-Wasser-Gemisch aufgelöst, um eine Aktivierungslösung zu erhalten. Diese Aktivierungslösung weist ca. 45% Massenanteile Alkalisilikate in Form von Kaliumsilikat auf. In the first section 1, 1.535 kg of potassium silicate is first mixed with 0.768 kg of water. 1.075 kg of potassium hydroxide is then dissolved in the potassium silicate-water mixture to obtain an activation solution. This activation solution has approximately 45% by mass of alkali metal silicates in the form of potassium silicate.
[0037] Weiters werden die festen Anteile, nämlich 2,205 kg Metakaolin, 5,066 kg Ton und 5,066 kg Quarzsand bspw. in einem Zwangsmischer im zweiten Abschnitt 2 miteinander vermengt, bis eine im Wesentlichen homogene Masse entsteht. Die Masse von Ton und Sand (Quarzsand) beträgt hierbei ca. 460% der Masse des Meta-Tons in Form von Metakaolin. [0037] Furthermore, the solid components, namely 2.205 kg of metakaolin, 5.066 kg of clay and 5.066 kg of quartz sand, are mixed together, for example, in a compulsory mixer in the second section 2 until a substantially homogeneous mass is created. The mass of clay and sand (quartz sand) is approx. 460% of the mass of meta-clay in the form of metakaolin.
[0038] Anschließend wird die Aktivierungslösung zu dem festen Anteil im dritten Abschnitt 3 zudosiert und gemischt, bis eine im Wesentlichen homogene und knetbare Masse entsteht (Erster Verfahrensschritt). Hierbei beträgt das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung (3,378 kg) und der Masse des Meta-Tons in Form von Metakaolin (2,205 kg) ca. 1,53. Das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung (3,378 kg) und der Masse der festen Anteile (12,337 kg) beträgt ca. 0,27. The activation solution is then added to the solid portion in the third section 3 and mixed until a substantially homogeneous and kneadable mass is formed (first process step). The ratio between the mass of the activation solution (3.378 kg) and the mass of the meta-clay in the form of metakaolin (2.205 kg) is approximately 1.53. The ratio between the mass of the activation solution (3.378 kg) and the mass of the solid components (12.337 kg) is approximately 0.27.
[0039] Diese knetbare Masse kann nunmehr zur Herstellung eines Bauteils verwendet werden. In diesem Beispiel wird die Masse im vierten Abschnitt 4 (Zweiter Verfahrensschritt) dem Beschicker eines Extruders zugeführt. In der Vakuumkammer des Extruders wird die Masse entlüftet und durch das Mundstück des Extruders ein Strang extrudiert, der nach dem Austritt aus dem Extruder in kleinere Bauteile, bspw. Mauersteine, geschnitten wird. This kneadable mass can now be used to produce a component. In this example, the mass is fed to the feeder of an extruder in the fourth section 4 (second process step). The mass is vented in the vacuum chamber of the extruder and a strand is extruded through the mouthpiece of the extruder, which is cut into smaller components, such as bricks, after exiting the extruder.
[0040] Die entstandenen Bauteile werden abschließend im fünften Abschnitt 5 (Dritter Verfahrensschritt) bei mindestens 20°C und mindestens 50% rH (relative Feuchtigkeit) gehärtet. Nach 28 Tagen wird die Druckfestigkeit ermittelt, die bei ca. 60 MPa liegt. The resulting components are finally hardened in the fifth section 5 (third process step) at at least 20 ° C and at least 50% rH (relative humidity). After 28 days, the compressive strength is determined, which is approx. 60 MPa.
BEISPIEL 2 EXAMPLE 2
[0041] Im ersten Abschnitt 1 wird zunächst 1,520 kg Natriumsilikat mit 0,520 kg Wasser gemischt. Anschließend wird 0,200 kg Natriumhydroxid in dem Natriumsilikat-Wasser-Gemisch aufgelöst, um eine Aktivierungslösung zu erhalten. Diese Aktivierungslösung weist ca. 68% Massenanteile Alkalisilikate in Form von Natriumsilikat auf. In the first section 1, 1.520 kg of sodium silicate is first mixed with 0.520 kg of water. Then 0.200 kg of sodium hydroxide is dissolved in the sodium silicate-water mixture to obtain an activation solution. This activation solution has approximately 68% by mass of alkali metal silicates in the form of sodium silicate.
[0042] Weiters werden die festen Anteile, nämlich 1,800 kg Metakaolin, 3,600 kg Ton und 0,900 kg Quarzsand (mit einer Korngröße von 0,1 bis 0,2 mm) bspw. in einem Zwangsmischer im zweiten Abschnitt 2 miteinander vermengt, bis eine im Wesentlichen homogene Masse entsteht. Die Masse von Ton und Sand (Quarzsand) beträgt hierbei ca. 270% der Masse des Meta-Tons in Form von Metakaolin. [0042] Furthermore, the solid components, namely 1,800 kg of metakaolin, 3,600 kg of clay and 0.900 kg of quartz sand (with a grain size of 0.1 to 0.2 mm), are mixed together, for example, in a compulsory mixer in the second section 2 until an im Essentially homogeneous mass is created. The mass of clay and sand (quartz sand) is approx. 270% of the mass of meta-clay in the form of metakaolin.
[0043] Anschließend wird die Aktivierungslösung zu dem festen Anteil im dritten Abschnitt 3 zudosiert und gemischt, bis eine im Wesentlichen homogene und knetbare Masse entsteht (Erster Verfahrensschritt). Hierbei beträgt das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung (2,240 kg) und der Masse des Meta-Tons in Form von Metakaolin (1,800 kg) ca. 1,24. Das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung (2,240 kg) und der Masse der festen Anteile (6,300 kg) beträgt ca. 0,36. The activation solution is then added to the solid portion in the third section 3 and mixed until a substantially homogeneous and kneadable mass is formed (first process step). The ratio between the mass of the activation solution (2,240 kg) and the mass of the meta-clay in the form of metakaolin (1,800 kg) is approximately 1.24. The ratio between the mass of the activation solution (2.240 kg) and the mass of the solid components (6.300 kg) is approximately 0.36.
[0044] Diese knetbare Masse kann nunmehr zur Herstellung eines Bauteils verwendet werden. In diesem Beispiel wird die Masse dem Beschicker eines Extruders im vierten Abschnitt 4 (Zweiter Verfahrensschritt) zugeführt. In der Vakuumkammer des Extruders wird die Masse entlüftet und durch das Mundstück des Extruders ein Strang extrudiert, der in kleinere Bauteile, bspw. Mausersteine, geschnitten wird. This kneadable mass can now be used to produce a component. In this example, the mass is fed to the feeder of an extruder in the fourth section 4 (second process step). In the vacuum chamber of the extruder, the mass is vented and a strand is extruded through the mouthpiece of the extruder, which is cut into smaller components, such as Mauser stones.
[0045] Die entstandenen Bauteile werden abschließend im fünften Abschnitt 5 (Dritter Verfahrensschritt) bei mindestens 20°C und mindestens 50% rH (relative Feuchtigkeit) gehärtet. Nach 28 Tagen wird die Druckfestigkeit ermittelt, die bei ca. 55 MPa liegt. The resulting components are finally hardened in the fifth section 5 (third process step) at at least 20 ° C and at least 50% rH (relative humidity). After 28 days, the compressive strength is determined, which is approx. 55 MPa.
BEISPIEL 3 EXAMPLE 3
[0046] Im ersten Abschnitt 1 wird zunächst 3,700 kg Kaliumsilikat mit 0,700 kg Wasser gemischt. Anschließend wird 0,500 kg Kaliumhydroxid in dem Kaliumsilikat-Wasser-Gemisch aufgelöst, um eine Aktivierungslösung zu erhalten. Diese Aktivierungslösung weist ca. 76% Massenanteile Alkalisilikate in Form von Kaliumsilikat auf. In the first section 1, 3.700 kg of potassium silicate is first mixed with 0.700 kg of water. 0.500 kg of potassium hydroxide is then dissolved in the potassium silicate-water mixture to obtain an activation solution. This activation solution has approximately 76% by mass of alkali metal silicates in the form of potassium silicate.
[0047] Weiters werden die festen Anteile, nämlich 4,500 kg Metakaolin und 13,500 kg Quarzsand (mit einer Korngröße von 0,1 bis 0,2 mm) bspw. in einem Zwangsmischer im zweiten Abschnitt 2 miteinander vermengt, bis eine im Wesentlichen homogene Masse entsteht. Die Masse des Quarzsandes beträgt hierbei ca. 300% der Masse des Meta-Tons in Form von Metakaolin. [0047] Furthermore, the solid portions, namely 4,500 kg of metakaolin and 13,500 kg of quartz sand (with a grain size of 0.1 to 0.2 mm), are mixed together, for example, in a compulsory mixer in the second section 2 until a substantially homogeneous mass is created . The mass of the quartz sand is approx. 300% of the mass of the meta-clay in the form of metakaolin.
[0048] Anschließend wird die Aktivierungslösung zu dem festen Anteil im dritten Abschnitt 3 zudosiert und gemischt, bis eine im Wesentlichen homogene und knetbare Masse entsteht (Erster Verfahrensschritt). Hierbei beträgt das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung (4,900 kg) und der Masse des Meta-Tons in Form von Metakaolin (4,500 kg) ca. 1,09. Das Verhältnis zwischen der Masse der Aktivierungslösung (4,900 kg) und der Masse der festen Anteile (18,000 kg) beträgt ca. 0,27. The activation solution is then added to the solid portion in the third section 3 and mixed until a substantially homogeneous and kneadable mass is formed (first process step). The ratio between the mass of the activation solution (4,900 kg) and the mass of the meta-clay in the form of metakaolin (4,500 kg) is approximately 1.09. The ratio between the mass of the activation solution (4,900 kg) and the mass of the solid components (18,000 kg) is approximately 0.27.
[0049] Diese knetbare Masse kann nunmehr zur Herstellung eines Bauteils verwendet werden. In diesem Beispiel wird die Masse im vierten Abschnitt 4 (Zweiter Verfahrensschritt) in eine Form, bspw. für einen Mauerstein, dosiert und an einem Rütteltisch verdichtet und entlüftet. This kneadable mass can now be used to produce a component. In this example, in the fourth section 4 (second process step), the mass is dosed into a mold, for example for a brick, and compacted and vented on a vibrating table.
[0050] Die entstandenen Bauteile werden abschließend im fünften Abschnitt 5 (Dritter Verfahrensschritt) bei mindestens 20°C und mindestens 50% rH (relative Feuchtigkeit) gehärtet. Nach 28 Tagen wird die Druckfestigkeit ermittelt, die bei ca. 65 MPa liegt. The resulting components are finally hardened in the fifth section 5 (third process step) at at least 20 ° C and at least 50% rH (relative humidity). After 28 days, the compressive strength is determined, which is approx. 65 MPa.
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- 2024-05-08 WO PCT/AT2024/060201 patent/WO2024229500A1/en unknown
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Also Published As
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