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Verfahren zur Herstellung von Steinmassen mit hoehporösem Gefüge.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Steinmassen unter Verwendung von basischen Ausgangsstoffen, z. B. Kalk, und sauer reagierenden Grundstoffen, z. B. Sand, und Verfestigung des Gemisches nach Formung, vorzugsweise unter Dampfhärtung.
Erfindungsgemäss werden die basischen und die sauer reagierenden, zur Bildung in Wasser schwer löslicher, wasserhaltiger Verbindungen, beispielsweise Kalziumhydrosilikat, befähigten Stoffe in fein verteiltem Zustand in Gegenwart von Wassermengen, die eine breiige bis flüssige Konsistenz der Masse bedingen, zur Bildung dieser schwer löslichen, wasserhaltigen Verbindungen veranlasst und die Reaktionsprodukte wenigstens teilweise von nicht gebundenem Wasser befreit. Danach liegt eine mit einer riesigen Zahl feinster Poren durchsetzte Steinmasse vor.
Es ist an sich bekannt, aus basischen und sauer reagierenden Grundstoffen Steinmassen herzustellen und auch eine Verfestigung durch Dampfhärtung vorzunehmen. Massen bekannter Art, z. B. die üblichen Kalksandsteine und andere Kunststeinmassen, z. B. mit Zementbindung, besitzen ein hohes Raumgewicht und dementsprechend ein verhältnismässig dichtes Gefüge. Wollte man Körper mit niederem Raumgewicht herstellen, so arbeitete man in die Rohmasse entweder von Natur porige Stoffe, wie Kieselgur, Bims, Sägemehl usw., ein oder aber man bewirkte eine Auflockerung der Rohmischung durch gasentwickelnde Stoffe oder durch mechanische Schaumerzeugung. Damit gelingt es wohl, Körper mit niederem Raumgewicht herzustellen, diese besitzen jedoch durchweg nur eine geringe mechanische Festigkeit.
Im Gegensatz zu den bekannten Arbeitsweisen werden erfindungsgemäss Steinmassen hergestellt, die ein hochporöses Gefüge aufweisen und sich gleichzeitig durch sehr beträchtliche Festigkeiten auszeichnen. Die Steinmassen gemäss der Erfindung bestehen ganz oder wenigstens zum Hauptteil aus hochporösen, schwer löslichen, wasserhaltigen Verbindungen der Ausgangsstoffe, die im Laufe des Verfahrens der Erfindung zunächst unter Aufnahme des Anmachewassers in eine gelförmig Masse übergehen, dann weiter zu steinartig festen Massen verfestigt werden, aus deren Poren das nicht gebundene Wasser leicht entfernt werden kann.
Bedingung für die Erzielung des erstrebten Erfolges ist das Arbeiten mit fein verteilten basischen und sauer reagierenden Stoffen, die Benutzung beträchtlicher Wassermengen und die Durchführung der Reaktion bzw. Verfestigung in der Weise, vorzugsweise mit Dampf unter Druck, dass das Anmachewasser bis zum Übergang der Verbindungen in den festen Zustand in der Masse verbleibt.
Basische Stoffe, die erfindungsgemäss in Frage kommen, sind beispielsweise Oxyde der Erdalkalien und des Magnesiums oder die Hydroxyde dieser Stoffe. So kann man z. B. mit Weisskalk (Luftkalk), hydraulischen Kalken, Dolomit mit kalkhaltigen Stoffen, wie Romanzement, Portlandzement, Tonerdezement, arbeiten.
Sauer reagierende Stoffe sind beispielsweise Kieselsäure, Tonerde, Eisenoxyde. Verwendbar sind also z. B. Sand, Schlacken der verschiedensten Art, Puzzolane, wie Trass, Tuff u. dgl., Si-Stoff, Kieselgur, Ton, Kaolin, letztere vorzugsweise nach vorangehender Erhitzung, ferner Kiesabbrände, Schlacken aus metallurgischen Prozessen, Bauxit u. dgl.
Durch die erfindungsgemäss in Gegenwart beträchtlicher Wassermengen durchgeführte Reaktion werden beispielsweise Hydrosilikate, Hydroaluminate, Hydroferrite und ähnliche Verbindungen gebildet.
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Eine feine Vermahlung der Ausgangsstoffe ist besonders vorteilhaft, wenn solche mit geringer Reaktionsfähigkeit benutzt werden. Die Feinung wird zweckmässig in jedem Fall so weit getrieben, dass eine Entmischung der Ausgangsmasse nicht eintreten kann. Die Konsistenz des wasserhaltigen Ausgangsgemisches kann breiartig oder giessbar-breiig sein.
Als Beispiel sei die Herstellung einer ganz oder zum grössten Teil aus hoehporösem Kalziumhydrosilikat bestehenden Masse beschrieben : Kieselsäurehaltiger Rohstoff, z. B. Sand, wird so fein gemahlen, dass nur ein geringer Rückstand auf dem 4900-Maschensieb verbleibt. Das Mahlgut wird mit einer vorzugsweise dem Si02-Gehalt angepassten Menge CaO (gebranntem Kalk) vermischt und das Gemisch nass vermahlen. Je nach den geforderten Eigenschaften des Endproduktes kann man den Ätzkalkgehalt auf beispielsweise 15 bis 55 Gewichtsprozent der gesamten Festsubstanz einstellen.
Die Masse, die beispielsweise CaO : SiO im Verhältnis 1 : 1 oder 3 : 2 oder 2 : 3, in Molen gerechnet, enthält, wird in einem Autoklaven der Behandlung mit Wasserdampf von etwa 8 atü ausgesetzt. Dabei kann die Masse gerührt bzw. durchgearbeitet werden. Nach 6-8 Stunden ist die zu Kalziumhydrosilikat führende Reaktion praktisch beendet. Die Reaktionsmasse stellt ein krümeliges bis körniges Gut dar, das anschliessend einer Trocknung zur Entfernung in ihm noch enthaltenen Netzwassers unterworfen wird.
Die Menge des der Rohmischung zuzusetzenden Wassers richtet sich danach, welches Porenvolumen das neue Erzeugnis erhalten soll. Wird mit grossem Wasserüberschuss gearbeitet, so entsteht ein Erzeugnis mit hohem Porenraum und relativ weiten Poren, beim Arbeiten mit geringen Wassermengen ist der Porenraum und die Grösse der Poren auch gering.
Arbeitet man beispielsweise mit 100 kg Wasser auf 400 kg Festsubstanz, so entsteht ein Produkt mit einem Raumgewicht von etwa 0'4, benutzt man anderseits 1000 kg Wasser auf 700 kg Festsubstanz, so entstehen Massen mit einem Raumgewicht von etwa 0'7.
Das Verfahren, wie es beispielsweise eben geschildert ist, kann auch so durchgeführt werden, dass das wasserhaltige Gemisch der fein zerteilten Ausgangsstoffe in Formen der jeweils gewünschten Gestalt gebracht und in diesen der Verfestigungsreaktion unterworfen wird. Nach Vollendung dieser werden die Körper aus den Formen herausgenommen und anschliessend ganz oder teilweise entwässert.
Weiter ist es aber auch möglich, in mehreren Stufen zu arbeiten, d. h. in einer ersten Stufe die Reaktion nur so weit zu führen, dass ein plastisches bis formbares oder steifes, krümeliges Gut entsteht, dieses dann in die gewünschte Gestalt zu bringen und es dann in einer weiteren Stufe völlig zu verfestigen.
In der ersten Stufe erhaltene plastische bzw. formfertige Massen können auf Strangpressen, durch Kneten, Einstreichen in Formen od. dgl. verformt werden. Feste, krümelige Massen sind mit Stampfwerkzeugen, auf Stempelpressen oder ähnlichen Apparaturen, welche eine starke mechanische Wirkung auslösen, zu verformen. Diese Arbeitsweise ist möglich, weil sich auch steife, krümelige Massen noch in einem thixotropen Zustand befinden, und dank dieses ist auch möglich, die steifen krümeligen Massen durch mechanische Behandlung zunächst in einen plastischen bzw. formbaren Zustand überzuführen und dann in die gewünschte Gestalt zu bringen. Durch die Pressung des mehr oder weniger weitgehend verfestigten Ausgangsgemisches kann der Porenraum beeinflusst werden.
Hoher Pressdruck liefert Körper kleinerer Porengrösse und kleineren Porenraumes als niederer Pressdruck.
In gleicher Weise, wie für die Bildung von Kalziumhydrosilikat beschrieben, kann das Verfahren auch durchgeführt werden unter Hinarbeiten auf andere Hydrosilikate der Erdalkalien, des Magnesiums oder der Erden. Es können zusammengesetzte, z. B. mehrbasische Silikate erzeugt werden, schliesslich aber auch Aluminate oder Ferrite der genannten Basen.
In allen Fällen ist, wie betont, feine Vermahlung bzw. feine Zerteilung der Ausgangsstoffe wichtig.
Bei Benutzung von Ton wird man diesen durch Schlämmung aufbereiten. Kieselgur oder ähnliche
Stoffe sind wenigstens so weit zu feinen, dass die ursprüngliche Porenstruktur völlig zerstört ist, da sonst die Festigkeit der neuartigen Steinmassen herabgesetzt würde.
Von der Art der Ausgangsstoffe hängt es ab, welche Bedingungen im einzelnen für das Zustandekommen der eine Verfestigung bewirkenden Reaktion gewählt werden. Im allgemeinen ist Anwendung höherer Temperaturen empfehlenswert. Vor allem benutzt man als Hilfsmittel zur Beschleunigung und Begünstigung der Reaktion Dampf unter Druck. Wird z. B. mit Zementen oder hydraulischen Kalken als Ausgangsstoff gearbeitet, so ist es möglich, die Verfestigungsreaktion bei niederer Temperatur zu bewirken. Dies gilt vor allem, wenn der Herstellungsprozess in mehreren Stufen erfolgt, also zunächst die aus den Ausgangsstoffen mit Wasser bereitete breiig-flüssige Masse in einen formbaren Zustand übergeführt bzw. teilweise verfestigt, dann zu Formkörpern gestaltet und anschliessend der völligen Verfestigung unterworfen wird.
Hier empfiehlt sich, selbst bei Verwendung eines nur Kalk od. dgl. und Kieselsäurerohstoff enthaltenden Ausgangsgemisches, Zement, z. B. Portlandzement, in Mengen von etwa 20-30% zuzusetzen, um rasch eine Austeilung bzw. Teilverfestigung herbeizuführen. Die Ansteifung der breiig-flüssigen Rohmasse kann auch dadurch rasch erhalten werden, dass man besonders reaktionsfähige Kieselsäurerohstoffe bzw. Rohstoffe mit saurem Charakter gegenüber den vorhandenen basischen benutzt und dadurch einen alsbaldigen Beginn der Reaktion zwischen den Ausgangsstoffen herbeiführt. Solche reaktionsfähigen Stoffe können als alleinige Bestandteile mit saurem Charakter
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gegenüber den vorhandenen basischen benutzt werden oder auch im Gemisch mit weniger reaktionsfähigen. Z.
B. arbeitet man mit Si-Stoff, Trass, wasserhaltigen Kieselsäuren, geröstetem (auf 600 bis 800 C erhitztem) Ton. Verwendbar ist ein Gemisch von Weisskalk (Kalkhydrat) und Si-Stoff oder hydraulischer Kalk und Trass oder auch Zement und Trass oder ein Gemisch mehrerer verschiedenartiger Ausgangsstoffe. Die Erreichung des formbaren Zustandes bzw. die Ansteifung erfolgt schon bei gewöhnlicher Temperatur. Zur Beschleunigung ist unter Umständen Erhitzen auf Temperaturen von 80 bis 1000 C anzuwenden.
Wird Dampf als Hilfsmittel für die Verfestigungsreaktion benutzt, so sind ebenfalls weitere Schwankungen hinsichtlich Temperatur und Druck des Dampfes möglich. Selbst bei wenig reaktionsfähigen Ausgangsstoffen genügt aber im allgemeinen ein Dampfdruck von 8 bis 10 atü und eine Behandlungsdauer von 8 bis 10 Stunden.
Es ist oben ausgeführt, dass man die Mengen der Ausgangsstoffe entsprechend aufeinander einstellt. Es ist aber auch nicht nötig, so zu arbeiten, dass das Endprodukt völlig aus mikroporösen, wasserhaltigen, schwer löslichen Verbindungen besteht, jedoch werden diese in den meisten Fällen, nach Raumteilen berechnet, den Hauptbestandteil ausmachen, d. h. zu mehr als 50% im Endprodukt vorhanden sein. Neben den mikroporösen Verbindungen können einerseits auch Makroporen vorhanden sein, anderseits feste Stoffe, welche sich nicht an der Reaktion beteiligt haben. Als Beispiel ist eine Masse zu nennen, welche aus Kalk, fein gemahlenem Kieselsäurerohstoff und Ton bereitet ist.
Kalk und Kieselsäurerohstoff sind so aufeinander abgestimmt, dass sich aus diesen beiden das erstrebte Kalziumhydrosilikat bildet. Ton dagegen, der in geschlämmtem und wenig reaktionsfähigem Zustande benutzt wird, befindet sich im wesentlichen unverändert im Endprodukt.
Der Rohmasse kann anderseits auch Faserstoffmaterial, z. B. Asbest, zugegeben werden. Dies gilt vor allem, wenn plattenartige Körper gebildet werden sollen. Der Asbestzusatz kann unter Umständen auf 8-20%, bezogen auf das Trockengewicht der Masse, ansteigen. Auch andere Faserstoffe als Asbest sind brauchbar, z. B. Papier-und Stoffasern u. dgl.
Die neuen Steinmassen können in jeder beliebigen Form hergestellt werden, so als unregelmässig gestaltete Körper, d. h. in Form von Stücken, feineren oder gröberen Körnern, wie sie bei einer Verfestigungsreaktion unter Durchrühren bzw. Durcharbeiten unmittelbar anfallen. Daneben können aber auch Formkörper der verschiedensten Gestalt erzeugt werden.
Als Formkörper, z. B. in Ziegelform, kann man die neuen Steinmassen zu Bauzwecken, d. h. zur Errichtung von Wänden od. dgl., verwenden. Hiefür kann man auch balkenartige, vorzugsweise mit Metalleinlagen versehene Körper benutzen und schliesslich auch plattenartige Gebilde, die entweder mit Metall, z. B. Eisen, armiert sind oder einen Faserstoffzusatz enthalten. Erwähnt sei, dass beispielsweise Körper mit einem Raumgewicht von 0'4 ohne Benutzung irgendwelcher Armierung od. dgl. eine Druckfestigkeit von 70 bis 90 X/ctt und Körper mit einem Raumgewicht von 0'7 eine Druckfestigkeit von 170 bis 200 kg/cm2 besitzen.
In Form kleiner, unregelmässig gestalteter Körper können die Steinmassen als Füllstoff für wärmeisolierende Körper dienen, so beispielsweise als Zuschlag bei der Bereitung von Mörtelmassen oder Beton oder auch als Füllstoff für die Herstellung von Körpern mit den verschiedenartigsten anorganischen oder organischen Bindemitteln. Besonders zweckmässig ist es, solch feinkörniges bis
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Stoffen und diesen gegenüber sauren Charakter aufweisenden Stoffen sowie überschüssigen Wassermengen gebildet sind und die so bereiteten Massen nach Verformung zur Verfestigung, vorzugsweise unter Einwirkung von Dampf, zu bringen. In solcher Weise hergestellte Körper zeigen praktisch keinerlei innere Spannungen.
Zu erwähnen ist auch noch, dass die Steinmassen in Form kleiner unregelmässig gestalteter Körper mit wasserabweisenden Stoffen imprägniert werden können und so als Fül1- oder Zuschlagstoff Verwendung finden können. Solches imprägniertes Gut kann man vor allem in eine Rohmischung, die gemäss der Erfindung bereitet ist, einarbeiten, um darauf gefertigten Körpern bzw. Massen wasserabweisende Eigenschaften zu verleihen.
Die neuartigen Steinmassen zeichnen sich durch hohen Wärmeisolationseffekt, verbunden mit grosser mechanischer Festigkeit, aus, sie besitzen bei äusserst niedrigem Raumgewicht eine solche Festigkeit, wie sie bisher bei derart geringem Raumgewicht noch nicht erzielt worden ist.
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