DE2004470A1

DE2004470A1 - Isolierender Leicht-Zellbeton, der vielzellige Glaskörner enthält

Info

Publication number: DE2004470A1
Application number: DE19702004470
Authority: DE
Inventors: William T. Madison Wis. Clark (V.St.A.)
Original assignee: Pittsburgh Corning LLC
Current assignee: Pittsburgh Corning LLC
Priority date: 1969-02-03
Filing date: 1970-01-31
Publication date: 1970-09-03
Also published as: FR2033842A5; BE745415A; ES376135A1; CH515863A; GB1291941A; BR7016503D0; CA921056A

Description

PATENTANWALT DlPL.-TNG. HARRY ROEVER

68-MANNHEIM - FEUDENHEIM -AM BOGEN 23· POSTFACH 124

28. Januar 197O R/P

Pittsburgh Corning Corporation Pittsburgh, Pennsylvania / USA

Isolierender Leicht-Zellbeton, der vielzellige Glaskörner enthält

Priorität der USA-Patentanmeldung Nr. 795 949 vom 3. Februar 1969

Die Erfindung betrifft einen Leicht-Zellbeton, der geschlossene Zellen aufweisende vielzellige, anorganische Körner enthält, die ein geringes spezifisches Gewicht und eine hohe Druckfestigkeit aufweisen.

Zellbeton wird gegenwärtig beim Bau von Gebäuden, die beträchtliche Dachflächen aufweisen, beispielsweise Flachdächer, als an Ort und Stelle gegossene Dachfüllung verwendet. Um das spezifische= Gewicht der Betondachfüllung zu verringern, werden ver-

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schiedene Arten von Leichtgewicht-Zuschlagstoffen verwendet, und es werden auch Luft enthaltende Mittel verwendet, um Luft in den Beton hineinzubringen. Zuschlagstoffe geringen spezifischen Gewichts wie z.B. Vermiculit, das Mineral Perlit und organische polymere zellförmige Körner werden zu diesem Zweck angewandt. Vermiculit und Perlit haben zwar ein geringes spezifisches Gewicht, m weisen aber offene Zellen auf und nehmen leicht Flüssigkeiten auf, so daß beträchtliche Wassermengen erforderlich sind, um verarbeitbare Betonmischungen herstellen zu können. Diese übermäßige Wassermenge setzt die Druckfestigkeit des Betons herab und erfordert auch längere Aushärtungszeiten. Betonmischungen mit beträchtlichem Wasseranteil sind auch in stärkerem Maße Beschädigungen durch Frost und anschließendes Auftauen ausgesetzt.

Polystyrol-Körner, die ja organisch sind, haben eine wasserabweisende Oberfläche und werden von dem Zementbrei nicht angefeuchtet, ^ so daß dann die Polystyrol-Körner mit dem benachbarten Zementmaterial keine Verbindung eingehen. Bei der AushMrung schrumpft der Zementbrei, speziell Zellzementbrei, und bildet winzig kleine Risse. Diese Risse werden, wenn sie während des Aushärtens nicht verhindert werden, verhältnismäßig lang und breit und setzen die Druckfestigkeit des Zellbetons beträchtlich herab. Zuschlagstoffe, die mit dem Zementbrei verbunden sind und beträchtliche Druckfestigkeit aufweisen, verhindern diese Rißbildung während des Aus-

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härtens und begrenzen die Länge der Risse. Es wird angenommen, daß die Polystyrol-Körner, well sie wasserabweisend und leicht verformbar sind, der Rißbildung nicht den erforderlichen Widerstand entgegensetzen. Dies wird bewiesen durch die Drückfestigkeit von Zellbeton, der Polystyrol-Körner als Zuschlagstoff enthält. .

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Zellbetons mit höherer Druckfestigkeit, der weniger Wasser als übliche Mischungen benötigt und die gewünschte niedrige thermische Leitfähigkeit aufweist.

Der erfindungsgemäBe Leichtbeton enthält zur Lösung dieser Aufgabe als Zuschlagstoff vielzellige, anorganische Körner mit geschlossenen Zellen, die ein wirkliches spezifisches Gewicht von zwischen 16o und 4oo kg/m und ein Schüttgewicht zwischen 112 und 16o kg/m aufweisen. Die Zellglaskörner sind kugelförmig und ha- ' ben einen Durchmesser vorzugsweise im Bereich von 3,175 bis 6,35 mm und werden aus einem anorganischen Gläsartigen Material hergestellt. Die Bestandteile können in unterschiedlichen Verhältnissen miteinander vermischt werden, um einen Beton zu erzeugen, der ein spezifisches Gewicht zwischen 32o und 961 kg/m aufweist. Nach einer Aushärtezeit von 28 Tagen hat.Leichtbeton mit diesen spezi-

2 fischen Gewichten Druckfestigkelten zwischen 8,79 und 77,3 kg/cm

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Hauptaufgabe der Erfindung ist also die Schaffung eines Leicht-Zellbetons, der eine hohe Druckfestigkeit aufweist und als Zuschlagstoffe vielzellige Glaskörner aufweist.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, der Zeichnung und aus den nachfolgenden Patentansprüchen.

Die Zeichnung zeigt das Verhältnis zwischen dem spezifischen Gewicht und der Druckfestigkeit des Leicht-Zellbetons, der nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, und von Leicht-Zellbeton, der entweder keinen Zuschlagstoff oder andere Leicht-Zuschlagstoffe enthält.

In der gesamten Beschreibung befeht sich der Ausdruck "Beton" auf eine Mischung aus Zement, Wasser und Zuschlagstoffen. Der Aus· ^ druck "Zellbeton" soll einen Beton bezeichnen, der in ihm enthaltene Luftzellen enthält, die durch ein Luft-Bindemittel erzeugt worden. Der Zellbeton ist im Gewicht leichter alt üblicher Beton. Der Ausdruck "Zement" soll «ementhaltig· Werkstoff· bezeichnen, die als aktive Bestandteile Magnesium oder Kalziumderivate enthalten, und ein Beispiel hierfür ist der im Handel erhältlich· Portland-Zement. Für normale Bauzwecke kann üblicher Portlandzement der Type I (allgemeine Anwendung) oder der Type IZI (Er-

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zielung hoher und schneller Festigkeit) verwendet werden. Die Portlandzement-Type III wird bevorzugt.

Luft-Bindemittel werden verwendet, um Zellbeton zu erzeugen, indem Luft in der Betonmischung eingeschlossen wird während des Mischens und die Luft dann beim Setzen des Betons gehalten wird, sodaß dann der Beton Zellen oder Hohlräume mit der eingefangenen ^ Luft enthält. Geeignete Luft-Bindemittel sind "Vinsol", "Darex", "Lignin-Sulphonsäure" und "Lakritzwurzel-Rückstände", die allgemein bekannt sind. Es können auch andere geeignete Luft-Bindemittel verwendet werden. Das bevorzugte Luft-Bindemittel wird unter dem Warenzeichen "Vinsol" verkauft und ist ein verseifter Kunstharzextrakt aus südlichem Fichten- bzw. Kiefernholz. In der Mischung kann auch ein Verzögerungs-Verdichtungsmittel enthalten sein. Ein geeignetes, Hasser herabsetzendes Verzögerungsmittel wird von der Firma Sika Chemical Company, Passaic, New Jersey, unter dem Warenzeichen "Plastiment" verkauft und ist ein Derivat einer hydroxi- ' Herten Karbonsäure, und diese Mittel steuert die Geschwindigkeit der Zementhydrierung durch Verzögerung und Herabsetzung des Zementgele.

Die vielzelligen Körner, die der Zuschlagstoff für den Leicht-ZeI!beton nach der vorliegenden Erfindung darstellen, sind im wesentlichen kugelförmig, und zwar haben diese vielzelligen Körner eine durchgehende Außenhaut oder Außenoberfläche und sind gegen-

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Über Feuchtigkeit undurchlässig. Die Außenhaut dieser Körner ist insoweit wasseranziehend, daß diese Körner durch den Zementbrei angefeuchtet werden und der Zement nach seinem Aushärten an der Oberfläche der Körner haften bleibt.

Die vielzelligen Glaskörner können erzeugt werden entsprechend der USA-Patentschrift 3 354 o24 aus einem pulverförmigen Kieselkalk und einem kohlenstoffhaltigen Zeilbildungsmittel oder aus anderen pulverförmigen Werkstoffen, wie sie beschrieben und beansprucht sind in der USA-Patentanmeldung 46o 997 mit dem Titel "Verfahren zur Herstellung voi zellförmigen Materialien". Die zellförmigen Körner werden vorzugsweise erzeugt entsprechend dem Verfahren nach der USA-Patentschrift 3 354 o24, wobei das Pellet aus nicht zellförmigem Werkstoff ein Fließmittel enthält, das darin über die Außenfläche verteilt ist. Das während des Zellbildungsvorgangs in einem Drehofen verwendete Brennmittel ist vorzugsweise ein Glasformmittel mit hohem Scnmelzpunkt, wie z.B. Al₃O₃. Während des Zellbildungsvorganges wird ein Teil des Glasbildemittels in dem Fließmittel auf der Oberfläche des Korns verteilt, um eine äußere, durchgehende Haut aus chemisch beständigem Glas zu bilden, welche eine andere Zusammensetzung hat als der Kern des zellförmigen Glaskorns. Diese einen hohen Aluminiuragehalt aufweisende Glasoberfläche erzeugt ein Korn, das bei Anwesenheit von Zement chemisch beständiger ist als ander· üblich« Gljsarten.

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Die vielzelligen Glaskörner können mit Verschiedenen !spezifischen Gewichten und verschiedenen Größen hergestellt werden. Für die vorliegende Erfindung wird bevorzugt, kugelförmige Zeilgläskörner zu verwenden, die eine Größe zwschen 6,35 und 3,175 nim haben mit effektiven spezifischen Gewichten zwischen IiSo und 4oo kg/m und einem Schüttgewicht zwischen 112 bis 16o kg/m . Es soll jedoch erwähnt werden, daß zellenförmige anorganische Körner anderer spe- ä ziflecher Gewichte auch verwendet werden können, um Leicht-Zellbeton nach der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Zellenförmige anorganische Körner von Größen geringer als 3,175 mm können ebenfalls verwendet werden; es wird jedoch bevorzugt, für Zellbeton mit hoher Druckfestigkeit keine Körher zu verwenden, die im Durchmesser größer sind als 6,35 mm, weil angenommen wird, daß die größeren Körner es schwieriger machen, Luftzellen in dem Betonbrei zwischen den Körnern aufrechtzuerhalten.

Es lit klar, daß die Anteile von Zement, Zellglaskörnern und

Luft-Bindemittel auf der Festigkeit und dent spezifischen Gewicht des BnderZeugnisses beruhen. Die Meng* de· verwendetan Wässere beruht in erster Linie auf de» Endvervendungseveck dei Beton«. Ee wird jedoch bevoreugt, lediglich ·ο viel Wasser zu verwenden, daft die Betonniechung noch vararbiitisi&fähig 1st, Die Kugelform der Zellglaskörner erleichtert dia Verarbeitungsfähigkeit des Betons insofern, als die Körner bestrebt sind, aufeinander abzurollen und ■omit zur Fließfähigkeit des Betone beizutragen. Wie bereite wei-

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ter oben festgestellt, kann ein Verzögerungs-Verdichtungsmittel der Betonmischung beigefügt werden, um die benötigte Wasserraenge innerhalb gewisser Grenzen herabzusetzen und die Verarbeitungsfähigkeit des Betons zu verbessern.

Die folgenden Beispiele erläutern noch weiter den neuartigen Zeil-Leichtbeton nach der Erfindung.

Beispiel I

113 1 Zellglaskörner mit einem Schüttgewicht von etwa 128 kg/m und einem Durchmesser zwischen etwa 3,175 bis 6,35 mm wurden mit einem Sack Portlandzement Type III (42,7 kg) vermischt. 21,6 1 Wasser, o,473 bis o,71o 1 "Vinsol"-Luftbindemittel und eine Unze "Plastiment"-Plastizierungsmittel wurden in einen Üblichen Zementmischer Wk eingegeben, und die Bestandteile wurden 1,5 Minuten lang gemischt. Der Ausgang betrug volumetrisch 12o% der dem Nischer zugeführten Bestandteile und zeigt, das etwa 45 Volumenprozente Luft in der Mischung eingefangen worden sind. Di« Feuchtigkeitsdicht· des Be tons betrug etwa 577 kg/m und es ergab sich «in· Druckfestigkeit von etwa 42,2 kg/cm . In weniger als eine* Tag nach d«m lingiaftan hatte der Zellzement eine Proctor-Ablasung von mehr als 4,54 kg sum Einführen einer Nadel »it «luft* Querschnitt von o,322 cm Quer schnitt bit tu einer Tief· von 6,35 an, was anzeigt, dal der Baton geeignet war tor Abdeckung zu dieser Zeit mit einer Wasserdichten

»«*. 009836/1841 original inspectsd

Beispiel II

17ο 1 Zellglaskörner mit einem Schüttgewicht von etwa 128 kg/m , ein Sack Portlandzement, Type III, 3o,3 1 Wasser, ο,473 bis o,71 Luft-Bindemittel (Vinsol) und eine Unze Plastifizierungsmittel (Plastiment) wurden in einem normalen Betonmischer etwa 1,5 Minuten ^ gemischt. Der Ausgang an Zellbeton betrug etwa 115% mit einer Nässedichtigkeit von 432 kg/m³. Nach 28 Tagen hatte der Leicht-Zellbeton eine Ofentrocknungs-Dichtigkeit von 352 kg/m und eine Druckfestigkeit von 14,1 kg/cm . Wiederum hatte der Leieht-Zell beton eine Proctor-Ablesung von mehr als 4,54 kg beim Einsetzen

■ - . 2

einer Nadel mit einem Querschnitt von o,322 cm in eine Tiefe von 6,35 mm in weniger als zwei Tagen.

Beispiel III

13oo gr Zellglatkörner mit einem Schüttgewicht von etwa 126 kg/m³ wurden mit 475o gr Type III Portland-Zement und 475o gr Flußsand, durch ein Tyler-Standardsieb der Größe 12 gesiebt, vorgemiecht, 24oo gr Wasser, 5 ml Plaitiment und 35 ml Vincol wurden dieser Vormischung beigefügt und damit «twa 2 Hinuten vermischt. St er-

tab iioh «in Aufgang von 135,51, und der lement hatte ein« Dichte 4* feucht·* Ittetand von lol kg/m³. Di§ epeilfIsche Gewieht nach

0 0 0 8 3 6 / 1 8 k 1 ^BAD o^RIGItNlÄL

- Io -

Ofentrocknung betrug 83 kg/«³. Die Druckfestigkeit dieses Musters

betrug nach einer Aushärtezeit von 52 Tagen etwa 72,3 kg/cm .

Um den Wasserbedarf für andere Leicht-Zuschlagstoffe und für Zellglaskörner als Zuschlagstoff miteinander zu vergleichen, wurden auch noch die folgenden Vergleichsmuster hergestellt.

Beispiel IV

17o 1 von im Handel erhältlichem, expandiertem (geblähtem) Vermiculit wurde einem Brei von einem Sack Zement Type III, 9,o9 1 Wasser und o,71 1 Vinsol hinzugesetzt, um damit ein volumetrische· Verhältnis 6:1 von Zuschlagstoff zu Zement zu bewirken. Es ergab sich ein Ausgang von 97%. Der Setzprobenkegel wurde beurteilt bei 2o,32 cm und einer Proctor-Ableeung von 1,81 kg nach 18 Stunden, 3,€3 kg nach 8 Stunden und 4,54 kg nach 42 Stunden, um «in· Bindringtiefe von 6,35 mm mit einer Nadel von o,322 cm? Querschnitt zu erreichen.

Beispiel V

17ο 1 von im Handel erhältlichem, expandiertem <««*lä«t·») terlit wurden vermischt mit ei»«« Brei, der einen lack Sfumt Type III,

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12,75 1 Hasser und o_r71 1 Vinsol-Kunstharz enthält. Die Ausbeute betrug 88,5 % und das Muster hatte die folgenden Eigenschaften: 152,4 mm Setzprobenkegel und eine Proctor-Ablesung von 3,63 kg nach 18 Stunden, 5,44 kg nach 24 Stunden und 9,o7 kg nach 42 Stunden, um eine Eindringtiefe von 6,35 mm beim Einsetzen einer Nadel mit einem Querschnitt von ο,322 cm zu erzielen.

Beispiel VI

17o 1 Zellglaskörner wurden vermischt mit einem Sack Portland-Zement Type III. Eine Flüssigkeit, die 26,5 1 Hasser und o,71 1 Vinsol-Kunstharz enthielt, wurde I,5 Minuten lang gemischt. Es ergab sich eine Ausbeute von 118 % und das Muster hatte die folgenden Eigenschaften: 127 mm Setzprobenkegel und eine Proctor-Ablesung von 4,99 kg nach 18 Stunden, 6,8 kg nach 24 Stunden, 8,17 kg nach 42 Stunden.

Der Setsprobenkegcl-Test wurde nach den üblichen ASTM-Vorschriften durchgeführt, wob·! ein abgestumpfter Kegel aus dem feuchten Beton gebildet und das SetzaaB des Kegels gemessen wurde, nachdem die Form abganoamen worden war.

AUS den Beispielen IV, V und VI ist er sichtlich, daß das Gewichtsverhältnis Hasser : Xeaentfür Vermiculit zwecks Erzielung einer verarbeitbaten Mischung 2,1 Gewichtsanteile Wasser auf einen Ge-

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wichtsanteil Zement beträgt, und für Perlit 1,2 Gewichtsanteile Wasser auf einen Gewichtsanteil Zement, wogegen für Zellglaskörner ein Wasser-Zement-Verhältnis von o,62 Gewichtsanteilen Wasser auf einen Gewichtsanteil Zement zu einer verarbeitbaren Mischung führt. Außerdem ist die Ausbeute der Zementmischung mit den Zellglaskörnern größer als loo % in allen Fällen, während sowohl Vermiculit als auch Perlit unter loo % lagen. Die Literatur gibt an, daß Zellbeton, der Vermiculit enthält, eine Schrumpfung von etwa o,5 % aufweist, während mit Perlit eine Schrumpfung von etwa o,25 % auftritt. Die für Muster von Zellbeton mit Zellglaskörnern als Zuschlagstoff beobachtete und gemessene Schrumpfung betrug dagegen weniger als o,12 % nach 18o Tagen Aushärtezeit. Dieses Schrumpfmaß ist wesentlich geringer als dasjenige, das für Zellbeton, der Polystyrolkörner als Zuschlagstoff enthält, beobachtet wurde.

Die Zeichnung vergleicht die Druckfestigkeiten von im Handel erhält-P liehen Zellbetons, die als Zuschlagstoffe Perlit, Vermiculit tmd Polystyrolkörner enthalten und außerdem luftgehärteten Zellbeton ohne Kuschlagstoffe. Der Leicht-Zellbeton, der zellförmige Glaskörner als Zuschlagstoff enthält, hat Druckfestigkeiten, die mehr als doppelt so groß sind wie diejenigen des Perlit oder Vermiculit enthaltenden Betons, und Druckfestigkeiten, die größer als die des Be-

384 kg/m³.

tons mit Polystyrolkörnern sind ab spesifischen Gewichten von

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Den Vorschriften entsprechend wurden vorstehend die Grundsätze, die bevorzugten Ausführungsformen und die Arbeitsweise nach der Erfindung beschrieben, und es wurde dargestellt und beschrieben, was zur Zeit als die beste Ausführungsform angesehen wird; Jedoch kann inner halb des Schutzumfanges der Patentansprüche die Erfindung auch in anderer Weise verwirklicht werden, als dies im einzelnen beschrieben und dargestellt worden ist. -

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Claims

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Patentansprüche

Leicht-Zellbeton mit einem spezifischen Gewicht in ofentrockenem Zustand zwischen 32o kg/m und 961 kg/m und einer Druck-

2 festigkeit nach 28 Tagen Aushärtezeit zwischen 9_r14 kg/cm und

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77,3 kg/cm , dadurch gekennzeichnet, daß der Beton als Zuschlagstoff vielzellige Körner aus einem anorganischen glasartigen Material enthält, die ein Schüttgewicht von zwischen 112 und 192 kg/m aufweisen, und daß die Mischung ferner außer Zement ein lufteinführendes Mittel enthält, wobei das volumetrische Verhältnis der vielzelligen Körner und des Zements auf Trockenbasis im Bereich von etwa 3 bis 7 Teile vielzellige Körner auf einen Teil Zement beträgt.
2. Leicht-Zellbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Waeser-Zement-Verhältnis einer verarbeitbaren Mischung der in Anspruch 1 genannten Bestandteile weniger als ein Gewichtsanteil Wasser für jeden Gewichtsanteil Zement beträgt.
3. Leicht-Zellbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, dat das Ha·«er-Zement-Verhältnis einer verarbeitbar·« Mischung der in Anspruch 1 genannten Bestandteil« in Bereich von fwisehen o,5 bis o,7 Gewichteanteil· Wasser pro Gewichtsaateil trock»n«n !•ment beträgt.

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4. Leicht-Zellbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung vielzellige Glaskörner enthält, die eine im wesentlichen kugelförmiger Wasser anziehende Oberfläche aufweisen, die mit dem Zellzement eine Verbindung eingeht.
5. Leicht-Zellbeton nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellglaskörner eine durchgehende äußere Haut aus einer anderen Glaszusammensetzung haben als die Glaszusainmensetz ung des zellförmigen Kerns, indem die Außenhaut aus einem chemisch mehr beständigen Glas besteht als der Kern und eine durchgehende äussere, undurchlässige Oberfläche auf dem Korn bildet.
6. Leicht-Zellbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die volumetrische Ausbeute des Betons größer ist als das Volumen der zwecks Erzeugung des Betons miteinander vermischten Bestandteile.
7. Leicht-Zellbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellbeton nach dem Aushärten von ungefähr 2 Tagen ein Gewicht von mehr als 4,54 kg erfordert, um eine Nadel mit einem Querschnitt von etwa o,322 cm in eine Tiefe von 6,35 mm einzudrücken.

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