Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung eines Leichtwerkstoffes in Form von Leichtbetonen und Porenleichtbetonen, welche in verschiedenen Industriezweigen, aber insbesondere in der Bauindustrie Anwendung finden.

Zur Herstellung von Leichtwerkstoffen, so auch von Leichtbeton ist es bekannt, der Zement-Sand-Kies-Mischung verschiedene Zusatzstoffe/Bindemittel zuzusetzen, die zum einen die Dichte des Betons reduzieren und zum anderen die Isoliereigenschaften verbessern sollen. So ist bekannt, den Beton- oder Zementleimen Blähmittel in Form von Schäumen zuzumischen, Luftporen bildende Zusätze z. B. Aluminiumpaste oder Aluminiumpulver dem Bindemittel/Zementleim beizufügen oder auch Leichtzuschläge in Form von zerkleinertem Styropor, Glas, Perlit oder Bims einzuarbeiten.

So beschreibt die WO 96/04217 A1 ein Verfahren, bei dem durch Mischung anorganischer Bindemittel mit festen silikatischen Leichtzuschlagstoffen, wie z. B. Bims, Perlit, Schaumglas, Molererde, Kieselgur oder Gemische derselben mit anschließender Verfestigung im Wasserdampfdruckkessel, ein Leichtwerkstoff hergestellt werden soll.

Die EP 01 27 960 B1 beschreibt ein Verfahren der gleichen Gattung, bei dem durch Mischung von ultrafeinem Silikat-Staub mit Kalk oder kalkhaltigen Materialien gleichfalls ein Leichtwerkstoff hergestellt werden kann.

Nachteile dieser Leichtwerkstoffe sind, dass zur Herstellung einer pastösen blähflähigen Masse ein hoher Wasserzusatz erforderlich ist, wodurch die Endprodukte eine hohe Kapillarporosität und damit zusammenhängend relativ geringe Festigkeiten aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung eines Leichtwerkstoffes, insbesondere zur Herstellung von Leicht- und Porenleichtbetonen mit höheren Festigkeiten zu entwickeln, dies unter weitgehender Beseitigung der Nachteile der bekannten Lösungen. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, mit der eine effektive Produktion von Leichtwerkstoffen möglich ist, welche in vorhandenen Anlagen integrierbar und mobil gestaltet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst.

Aus den Unteransprüchen ergeben sich besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen der Erfindung.

Bei der Herstellung von Leichtwerkstoffen kommen Bindemittelleime zum Einsatz, die in der Regel aus hydraulischen Bindemitteln und pulverförmigen und/oder mehlförmigen Zuschlägen bestehen, die miteinander vermischt werden.

Hydraulische Bindemittel sind im Gegensatz zu unhydraulischen Bindemitteln auch unter Anwesenheit von Wasser abbindbar und wasserunlöslich. Zu diesen Bindemitteln gehören beispielsweise Puozzolane, Trass, Zement sowie hydraulische Kalke.

Als Pulver oder mehlförmige Zuschläge kommen beispielsweise Kalkstein oder Quarzmehl zum Einsatz.

Wasser- und Betonzusatzmittel sind weitere Elemente, die dem Bindemittelleim beigegeben werden.

Das Problem bei der Mischung dieser Stoffe untereinander ist, dass diese nicht homogen aufgemischt werden. So verbleiben in den Bindemittelleimen einzelne zusammenklebende Zementkörner/Konglomerate. Die Ursachen liegen darin, dass dem Bindemittelleim Sand oder Kies fehlen, welche die Aufgabe haben, beim Mischvorgang die Zementkörner zu zerreiben, da die in der Zementmatrix verbleibenden Zementkörner gerade in Verbindung mit Leichtzuschlägen und Luftporen Fehlstellen bilden, die halt zu Festigkeitsverlusten führen.

Bei Einsatz von Schäumen, wenn diese in einen nicht homogen aufgemischten Bindemittelleim zugegeben werden und mit diesem vermischt werden sollen, sinken die verbleibenden Zementkörner aufgrund ihres höheren Gewichtes im Gegensatz zum Schaum im Endprodukt nach unten. Dies mit der Folge, dass an der Oberfläche der Zement zur ausreichenden Erhärtung fehlt und ein nicht homogenes Gefüge entsteht.

So wurde zur Erhöhung der Festigkeit von Leichtwerkstoffen, insbesondere zur Erhöhung der Festigkeit von Leichtbetonen und Porenleichtbetonen ein Verfahren entwickelt, welches sich dadurch auszeichnet, dass zuerst die für den hydraulischen Abbindeprozess zum Einsatz kommenden reaktiven Bestandteile mit Wasser kolloidal aufgemischt werden, dieser Mischung feste und flüssige Betonzusatzmittel sowie pulverförmige Zuschlagstoffe und Füller zugegeben und mit den reaktiven Bindemitteln und Wasser in einem Reaktor kolloidal gemischt werden.

Dieser Bindemittelleim ist Ausgangsprodukt zur Herstellung von Leicht- und Porenleichtbetonen, dem in weiteren Verfahrensschritten Zuschlagstoffe und Verschäumer zugemischt werden.

Die kolloidale Aufmischung der Grundbestandteile der Leichtwerkstoffe bewirkt, dass während der Mischprozesse eine hohe Energie in das Mischgut eingebracht wird und gewollte, auftretende Kravitationskräfte das Zerreiben der körnigen Bestandteile übernehmen. Somit keine Konglomerate aus Zementkörnchen im Bindemittelleim zurückbleiben und durch die kolloidale Aufmischung jedem Zementkorn sein zum Hydratisieren benötigtes Wassermolekül angelagert wird. Es kann ein niedriges Wasser-Zement-Verhältnis auch ohne Betonverflüssiger eingesetzt werden, wodurch höhere Endfestigkeiten erreicht werden. Aufgrund des speziellen kolloidalen Mischverfahrens wird das tixotrope Verhalten von Zement genutzt und damit die Fließeigenschaften weiter erhöht.

Infolge der kolloidalen Aufmischung der reaktiven Bestandteile mit Wasser, dieser Mischprozess ist innerhalb von Sekunden abgeschlossen, kann der erfindungsgemäße Bindemittelleim auch im kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden.

Im zweiten Verfahrensschritt werden die Leichtzuschläge in fester und flüssiger Form mit dem fertig gemischten Bindemittelleim zusammengeführt und in einem separaten Nachmischbehälter aufbereitet und anschließend zur weiteren Verarbeitung ausgetragen.

In dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zur Ausbildung von Leichtwerkstoffen kommen als reaktive Bestandteile, dies sind hydrauliche Bindemittel, vorzugsweise Puozzolane, Zement, Trass und hydraulische Kalke zum Einsatz. Als pulverförmige Zuschlagstoffe werden Quarzmehl oder Kalksteinmehle und als Füller Flugasche in den Herstellungsprozess eingebracht. Unter die Kategorie der Betonzusatzmittel fallen Verflüssiger, Mikrosilikate, Farbpigmente, Luftporenbildner, Erstarrungsbeschleuniger oder -verzögerer.

Als Füll- und Zuschlagstoffe werden expandiertes Polystyrol (EPS), Perlit, Sande, Kiese, Schlacken, Kork, Gummi, Vermicalit, Glasgranulat, Recyclingmaterial und Fasern verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante können neben Leicht- und Porenleichtbetonen auch Mörtel dieser Art hergestellt werden. Voraussetzung ist lediglich, dass anstelle der einzubringenden Betonzusatzmittel Mörtelzusatzmittel verwendet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist es möglich, normale Betone herzustellen. Dies derart, dass dem Bindemittelleim, welcher, wie oben beschrieben, nach dem kolloidalen Vermischen der reaktiven Bindemittel mit Wasser, des Zusatzes von Betonzusatzmitteln und deren anschließender kolloidalen Vermischung diesem Gemisch/Bindemittelleim die schweren Zuschlagstoffe wie Sande und Kiese zugegeben und in zweiten Mischungsvorgang, in einem gesonderten Mischer, gemischt werden. Der so herausgebildete Beton wird aus dem Mischer abgefördert und seiner Verwendung zugeführt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens zeichnet sich durch seine kompakte Ausbildung aus, deren einzelne Funktionselemente in einem handelsüblichen 10-Fuß-Container einordbar sind und die gesamte Einrichtung mobil gestaltet ist. Somit besteht die Möglichkeit, diese mobile Einrichtung mit vorhandenen Materialaufbereitungsanlagen für die Herstellung von Betonen und Mörteln zu kombinieren bzw. zu diesen anzuschließen, so dass unmittelbar vor Ort die erfindungsgemäßen Leichtwerkstoffe hergestellt werden können.

In der mobilen Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens sind ein Reaktor für die kolloidale Aufmischung und ein Mischer für die Nachmischung sowie die entsprechenden Zuführeinrichtungen der flüssigen Zusatzmittel zum Reaktor vorgesehen.

Zur Einrichtung gehören ferner Vorratsbehälter und Zuführungen für die Aufbewahrung und Zuführung der festen Zusatzmittel als auch ein Funktionsmodul, mittels dem die in den Reaktor und Mischer einzubringenden Füll- und Zuschlagstoffe in dosierter Form zugeführt werden. Dieses Funktionsmodul kann unmittelbar in die erfindungsgemäße Einrichtung eingebaut werden oder aber als Zusatzeinrichtung gestaltet sein, die dem Container zugeordnet wird.

Ferner gehören zur erfindungsgemäßen Einrichtung eine Förderpumpe und ein Verschäummodul, mittels dem aus dem zugeführten Bindemittelleim ein Leichtbeton oder ein Porenleichtbeton hergestellt wird.

Komplettiert wird die Einrichtung durch ein weiteres Funktionsmodul, mittels dem die festen Betonzusatzmittel in gewünschter Dosierung dem Reaktor zugeführt werden.

Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen

1: das Fließschema einer Materialaufbereitungsanlage zur Herstellung von Leichtwerkstoffen mit zugeordneter Einrichtung/Container,

2: das Fließschema nach 1 mit zwischen Reaktor und Mischer angeordnetem Verschäummodul.

In der 1 ist die erfindungsgemäße Einrichtung in Form des Containers 7 dargestellt, in dem die funktionswesentlichen Elemente der Einrichtung zur Herstellung von Leichtwerkstoffen in Form von Leicht- und Porenleichtbetonen angeordnet sind.

Gezeigt wird in der 1 auch die funktionelle Einbindung oder Zuordnung der Einrichtung, des Containers 7, zu einer Materialaufbereitungsanlage, die aus den vier dargestellten Vorratsbehältern/Materialsilos 1 bis 4 besteht, aus denen die abzufördernden Güter über Zuförderer 5 und Zuleitungen 6 zu den Funktionseinheiten des Containers 7 geführt werden.

Im Vorratsbehälter 1 sind die reaktiven Bestandteile, die hydraulischen Bindemittel, beispielsweise Zement, eingelagert. Im Vorratsbehälter 2 finden die pulverförmigen Zuschlagsstoffe in Form von Quarzmehl oder Kaltsteinmehl Aufnahme. Der Vorratsbehälter 3 ist mit pulverförmigem Füller, beispielsweise Flugasche und der Vorratsbehälter 4 Rezeptur bedingt mit den schweren Zuschlagstoffen wie Sanden und Kiesen oder Leichtzuschlägen wie Glasgranulat und Bims befüllt.

Unterhalb der Vorratsbehälter 1 bis 4 sind Zuförderer 5 vorgesehen, mittels denen das in Vorratsbehältern 1 bis 4 eingelagerte Gut zu Zuleitungen 6 gefördert und über die Zuleitungen 6 in dosierter und gewünschter Menge dem Reaktor 9 und dem Mischer 10 zugeführt werden.

Der Container 7 ist ferner mit Zufördereinrichtungen 8 ausgebildet, die mit dem Reaktor 9 verbunden sind. Ferner ist im Container 7 ein Funktionsmodul 15 mit Zuleitung 16 und zugeordneter Wiegeeinrichtung 13 angeordnet. Gleichfalls im Container 7 sind im Anschluss an den Mischer 10 eine Pumpe 11 vorgesehen, der eine Abförderleitung 21 zugeordnet ist und ferner ist im Container 7 ein Verschäummodel 12 eingeordnet, welches wiederum über eine Zuleitung mit der Pumpe 21 und einer Abförderleitung 23 ausgebildet ist. Eingangsseitig vom Verschäummodul 12 ist dieses mit einer Luftzuführung 22 verbunden.

Zur erfindungsgemäßen Einrichtung gehört auch ein Funktionsmodul 14 mit Wiegeeinrichtung, in dem die Füll- und Zuschlagstoffe, beispielsweise ein expandiertes Polysterol (EPS) eingelagert sind. Dieses Funktionsmodul 14 kann sowohl unmittelbar Bestandteil der mobilen Einrichtung, somit des Containers 7 sein oder als eine externe Einrichtung ausgebildet sein, die bei Einsatz der Einrichtung dem Container 7 zugeordnet wird. Über die Zuleitung 17 ist das Funktionsmodul 14 mit dem Mischer 10 verbunden, wobei auch eine Verbindung zwischen dem Funktionsmodul 14 und dem Reaktor 9 über die Zuleitung 19 herstellbar ist.

Eine Verbindung zwischen Reaktor 9 und Mischer 10 ist durch die Zuleitung 18 gegeben.

Zur Steuerung und Regelung der gesamten Materialaufbereitungsanlage für die Herstellung von Leichtbetonen und auch normalen Betonen und Mörtel ist die Einrichtung/der Container 7 mit einer Steuer- und Regeleinheit 20 ausgebildet, mittels der die gesamte Anlage computergesteuert wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine genaue Dosierung der einzelnen Bestandteile zur Herstellung eines Bindemittelleimes und in der Folge von Leichtwerkstoffen die einzelnen Chargen und Rezepturen zur Qualitätssicherung und zum Nachweis protokolliert werden können. Ferner ist es möglich, durch den Einsatz entsprechender Steuer-/Regelprogramme, in denen beispielsweise Rezepturen eingebunden sind, den gesamten Herstellungsprozess insbesondere die Dosierung der einzelnen Komponenten, unter Beachtung der gewünschten Produkteigenschaften der Endprodukte, automatisch ablaufen zu lassen.

Auf der Grundlage der in die Steuer- und Regeleinheit 20 eingegebenen Parameter werden die notwendigen und gewünschten Grundstoffe/Materialien über die Vorratsbehälter 1 bis 4 und deren Zuförderern 5 und Zuleitungen 6 dem Reaktor 9 und dem Mischer 10 bereitgestellt und über die Funktionsmodule 14; 15 werden die entsprechenden Zusatzmittel und Zuschläge zugeführt.

Soll ein Leichtbeton hergestellt werden, läuft das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt ab:

Der Vorratsbehälter 1 wird mittels der vorhandenen Steuer- und Regeleinheit 20 angesteuert und das/die im Vorratsbehälter 1 befindlichen reaktiven Bindemittel werden über den Förderer 5 in die Zuleitung 6 geführt und gelangen über die Zuleitung 6 zum Reaktor 9. Gleichzeitig wird Wasser über eine der Zuführeinrichtungen 8 in den Reaktor 9 eingeleitet, welches im Reaktor 9 mit dem reaktiven Bindemittel kolloidal aufgemischt wird.

Die flüssigen Betonzusatzmittel werden über eine weitere Zuführeinrichtung 8 in den Reaktor 9 eingegeben. Die festen Betonzusatzmittel befinden sich im Funktionsmodul 15 und werden über vorgesehene Zuförderer und die Zuleitung 16 gleichfalls in den Reaktor 9 geleitet.

Die pulverförmigen Zuschlagstoffe werden aus dem Vorratsbehälter 2 abgefördert und mittels der Zuleitung 6 gleichfalls dem Reaktor 9 zugeführt. Im Reaktor 9 werden gleichfalls die im Vorratsbehälter 3 eingelagerten pulverförmigen Füller über den vorgesehenen Zuförderer 5 und der Zuleitung 6 eingegeben.

Im Reaktor 9 erfolgt die kolloidale Mischung der eingegeben Stoffe und die herausgebildete Suspension/Bindemittelleim wird über die Zuleitung 18 in den nachgeordneten Mischer 10 gegeben und mit dem aus dem Funktionsmodul 14 über die Zuleitung 17 zugeführten Zuschlagstoff intensiv vermischt. Nach der intensiven Vermischung wird der so fertige Leichtbeton mittels der nachgeordneten Pumpe 11 aus dem Mischer 10 abgefördert und über die Abförderleitung 21 zur weiteren Verarbeitung abtransportiert.

Das Verfahren zur Herstellung eines Porenleichtbetons läuft unter Bezugnahme auf 2 wie folgt ab:

Die ersten vier Verfahrensschritte zur Herstellung eines Porenleichtbetons laufen analog der ersten vier Verfahrensschritte zur Herstellung eines Leichtbetons ab.

So werden die reaktiven Bindemittel aus dem Vorratsbehälter 1 über einen Zuförderer 5 und der Zuleitung 6 zum Reaktor 9 geführt und gleichzeitig gelangt Wasser über eine der Zuführeinrichtungen 8 in den Reaktor 9. Die festen Betonzusatzmittel werden aus dem Funktionsmodul 15 über die Zuleitung 16 dem Reaktor 9 und die flüssigen Betonzusatzmittel werden über eine Leitung der Zuführeinrichtung 8 dem Reaktor 9 zugeführt. Die pulverförmigen Zuschläge und die pulverförmigen Füller werden aus den Vorratsbehältern 2 und 3 über die vorgesehenen Zuförderer 5 und der Zuführleitung 6 gleichfalls in den Reaktor 9 eingeleitet. Hier erfolgt die kolloidale Vermischung dieser Bestandteile und die so gebildete Suspension/Bindemittelleim wird über die Zuleitung 18 in den Mischer 10 geführt, dort nochmals vermischt und vom Mischer 10 über die Pumpe 11 und der Zuleitung 21 dem Verschäummodul 12 zugeführt. Über eine Luftzuführung 22 wird dem Verschäummodul 12 Luft zugeführt, es erfolgt die Verschäumung der Bestandteile, so dass aus dem Verschäummodul 12 über die Abförderleitung 23 ein fertiger Porenleichtbeton abgeführt und seiner weiteren Verwendung zugeführt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die vorgestellte Einrichtung sind gleichfalls geeignet, einen Leichtbeton mit Leichtzuschlägen und Luft herzustellen, wobei, wie bereits zu beiden obigen Ausführungsbeispielen beschrieben, die ersten vier Verfahrensschritte analog ablaufen, das heißt, die einzelnen Bestandteile werden in den Reaktor 9, wie beschrieben eingegeben und dort kolloidal vermischt. Aus dem Reaktor 9 wird diese Suspension, wie in der 1 gezeigt, in das zwischen dem Reaktor 9 und dem Mischer 11 nun zwischengeschaltete Verschäummodul 12 geführt, die Verbindung zwischen dem Verschäummodul 12 zum Reaktor 9 und zum Mischer 10 wird durch die Zuleitung 18 hergestellt. In das Verschäummodul 12 wird über die Luftzuführung 22 Luft eingeleitet, die zugeleitete Suspension verschäumt und in diesem Zustand in den Mischer 10 geleitet, dort nochmals vermischt und dann mittels der Pumpe 11 und der Abförderleitung 21 aus der Anlage abgefördert.

Ferner ist mit dem vorgestellten Verfahren und der Einrichtung ein Beton in Normalausführung herstellbar, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, das heißt, die reaktiven Bestandteile und Wasser werden im Reaktor 9 kollodial aufgemischt, gleichzeitig werden die flüssigen und festen Betonzusatzmittel in den Reaktor 9 geleitet, in diesem kolloidal vermischt und in dieser gemischten Form vom Reaktor 9 direkt über die Zuleitung 18 in den Mischer 10 gepumpt. Parallel dazu werden aus dem Vorratsbehälter 4 die schweren Zuschlagstoffe wie Sande und Kiese über den zugeordneten Zuförderer 5 und der Zuleitung 6 in den Mischer 10 eingeleitet und mit der darin bereits befindlichen Suspension intensiv vermischt. Nach dem Mischen wird der so fertige Beton über die Pumpe 11 und die Abförderleitung 21 ausgetragen.

Das in der Einrichtung vorgesehene Verschäummodul 12 findet Anwendung bei der Herstellung von Leichtbeton, Porenleichtbeton und Leichtbeton mit Luftzuschlägen, welches vorzugsweise aus rohrförmig gefügten Bauteilen besteht, die im Inneren des Verschäummoduls 12 einen Injektionsbereich, einen Mischbereich und einen Verschäumbereich herausbilden. Im Injektionsbereich werden die Stoffströme, gebildet aus Bindemittelleim und der Luft, über die Zuleitung 18 und die Luftzuführung 22 eingebracht und in diesem Bereich zusammengeführt. Die Luft wird in axialer Richtung dem Verschäummodul 12 und der Bindemittelleim in radialer Richtung in das Verschäummodul 12 eingebracht. Im nachgeordneten Mischbereich erfolgt eine kontinuierliche Vermischung dieser eingebrachten Komponenten. In dem sich anschließenden Verschäumbereich findet eine endgültige Verschäumung statt. Gleichzeit dient der Verschäumbereich als Berührungszone der in dem Bindemittelgemisch vorhandenen turbulenten Strömungen.

Zur Herausbildung eines Porenleichtbetons mit einer Stoffdichte von 380 kg/m³ werden beispielsweise aus dem Vorratsbehälter 1 ein Zement und Wasser in bereits beschriebener Weise in den Reaktor 9 gegeben, dazu ein Kalksteinmehl im Bereich von 5 bis 30 Volumen% bezogen auf den Zementanteil, dies bei einem Wasser-Zement-Wert von 0,3. Nach der kolloidalen Vermischung im Reaktor 9 wird diese Suspension/Bindemittelleim, bestehend aus 10 Volumen % Bindemittelleim und 90 Volumen % Schaum, bestehend aus Schaummittel-Wasser-Gemisch, über das Verschäummodul 12 in den Mischer 10 verbracht, dort gemischt, danach über die Pumpe 11 in die Abförderleitung 23 seiner weiteren Verwendung zugeführt.

Nach der Erfindung hergestellte Leichtwerkstoffe sind insbesondere geeignet zur Herstellung von Mauersteinen, zur Verfüllung von Hohlräumen sowie von EPS-Formsteinen und Natursteinmauerwerken und insbesondere geeignet für einen Wärmedämmung- und Brandschutzputz, auch zum Hinterfüllen Tübbingen im Tunnelbau als Wärmedämmung insgesamt, aber auch zur Ausbildung von Straßenunterkonstruktionen.