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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von platten-oder tafelförmigen Bauelementen, sogenannten Bauplatten oder Wandplatten aus hydraulischen Bindemitteln, insbesondere Gips oder Portland- zement.
Gipsplatten verschiedener Typen und in gewissem Ausmass auch Portlandzementplatten werden in der Bauindustrie als Deck-und Verkleidungsmaterial für Innenwände und Decken in sehr umfangreichem Mass verwendet. Bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung derartiger Gips- und Zementplatten werden Wasser und das hydraulische Bindemittel, gebrannter oder Stuck-Gips oder Portlandzement zu einer Aufschlämmung oder Paste mit einer geeigneten Konsistenz vermischt, welche man durch Giessen oder auf irgendeinem ändern Weg zu einer gleichförmigen Schicht, im allgemeinen zwischen zwei Papier-Deckbahnen verformt, worauf man härten und trocknen lässt.
Um die schall- und wärmeisolierenden Eigenschaften der Platten zu verbessern, ist es dem Fachmann auch bekannt, den Platten eine gewisse Porosität zu verleihen, indem die Gips- oder Zementaufschlämmung mit Hilfe eines geeigneten Schäumungsmittels geschäumt wird.
Es ist ferner bekannt, die mechanische Festigkeit der Platten durch Beimischen von faserartigemMaterial, z. B. Glasfasern und synthetischen Plasten und Harzen wie beispielsweise Harnstoffharzen zu der Gips- oder Zement-Aufschlämmung zu verbessern.
Auch andere Beimischungen können verwendet werden, wie beispielsweise Beschleuniger und Verzö- gerer zum Beeinflussen des Abbindens und Härtens des hydraulischen Bindemittels.
Ein schwerwiegender Nachteil dieser herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Bauplatten aus hydraulischen Bindemitteln ist, dass man eine viel grössere Menge Wasser, als sie nach dem stöchiometrischen Verhältnis erforderlich ist, verwenden muss, um eine geeignete Konsistenz der wässerigen Aufschlämmung des hydraulischen Bindemittels zu erreichen.
Wenn auf diese Weise Gips verwendet wird, sind theoretisch nur etwa 18% Wasser, bezogen auf das Gipsgewicht erforderlich, jedoch verwendet man in der Praxis beim herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Gipsplatten mehr als 70% Wasser bezogen auf das Gipsge- wicht, Dieser grosse Wasserüberschuss verzögert das Härten und Trocknen der Platten erheblich, da grosse Mengen überschüssigen Wassers verdampft werden müssen und beeinträchtigt überdies die Eigenschaften der Platten, insbesondere ihre mechanische Festigkeit.
Weiterhin ist es auch bei der Zugabe von faserartige Material zur wässerigen Aufschlämmung des Bindemittels schwierig, eine erwünschte und ausreichend grosse Menge des Fasermaterials in die Aufschlämmung einzubringen, da ein grosser Anteil faserartigen Materials die Konsistenz und Verarbeitbarkeit der Aufschlämmung verschlechtert. Dies kann naturgemäss durch Zugabe noch weiteren Wassers behoben werden, jedoch erschwert dies noch mehr die oben erläuterten Schwierigkeiten mit dem Überschusswasser. Um die erwünschte Porosität der hergestellten Platten zu erreichen, ist das weiter oben erwähnte Schäumen der Aufschlämmung ebenfalls notwendig.
Es ist ferner wohlbekannt, dass eine herkömmliche Zementaufschlämmung und insbesondere eine herkömmliche Gipsaufschlämmung sehr anhaftend und klebrig ist und leicht an Gefässen, Geräten und andern Ausrüstungen, die für die Herstellung und Verarbeitung der Aufschlämmung verwendet werden, haftet, weshalb derartige Gefässe, Geräte und Ausrüstungen schnell und häufig gereinigt werden müssen, um die Bildung harter Krusten zu vermeiden.
Das Hauptziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Bauplatten aus hydraulischen Bindemitteln, insbesondere Gips oder Portlandzement, welche die oben erwähnten Nachteile der herkömmlichen Herstellungsverfahren vermeidet.
Die Verwendung von hydraulischen Bindemitteln bei einer Temperatur unterhalb OOG sowie von Wasser in Form von Eis oder Schnee ist aus den deutschen Offenlegungsschriften 1 667 013 und 2 013 819 sowieder USA-Patentschrift Nr. 2,595, 631 an sich bekannt. Auf das Pressen des Gemisches und die dadurch erzielbaren Vorteile bezüglich der Festigkeit sowie der Erzielung einer gewünschten Dichte und Porosität der hergestellten Platten findet sich in den Veröffentlichungen kein Hinweis.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Bauplatten aus einem hydraulischen Bindemittel, bei dem ein pulverförmiges hydraulisches Bindemittel auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Wasser abgekühlt und mit zerkleinertem Eis oder Schnee in einem im wesentlichen trockenen Zustand vermischt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das kalte und im wesentlichen trockene Bindemittel und Eis bzw. Schnee enthaltende Gemisch in einer im wesentlichen gleichförmigen Schicht ausgebreitet, die Schicht durch Druckanwendung auf eine vorbestimmte Dicke gepresst und die gepresste Schicht bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Wassers härten und trocknen gelassen wird.
Da das Bindemittel und das Wasser, mit den Bestandteilen in einem festen, im wesentlichen trockenen Zustand, vermischt wird und die anschliessende Handhabung und Verformung der Mischung der Bestandteile zur erwünschten Form ebenfalls mit einer Mischung der Bestandteile im festen, im wesentlichen trockenen Zustand ausgeführt wird, kann eine erheblich geringere Menge Wasser bezogen auf die Menge des Bindemittels verwendet werden, als in den herkömmlichen Herstellungsverfahren, bei denen das Bindemittel mit flüssigem Wasser zu einer wässerigen Aufschlämmung vermischt wird. Daher kann man beim erfindungs-
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gemässen Verfahren vorzugsweise 20 bis 50 Gew. -% Wasser in Form von Schnee oder zerkleinertem Eis, bezogen auf die Menge des hydraulischen Bindemittels, verwenden.
Auf diese Weise wird das Abbinden,
Härten und Trocknen der Platten nach dem Pressen erheblich beschleunigt und gleichzeitig die mechanische
Festigkeit der hergestellten Platten verbessert.
Vorzugsweise wird die Presszeit ausreichend kurz gewählt, dass kein wesentlicher Teil der Abbinde-Reaktion des Bindemittels während des Pressens stattfindet. Demnach wird der Hauptanteil der Abbinde-Reaktion nach dem Pressen erfolgen.
Die Dichte (Porosität) und mechanische Festigkeit der hergestellten Platten kann innerhalb weiter Bereiche durch Lenkung der Pressstufe eingestellt werden. Wenn das Pressen in solcher Weise ausgeführt wird, dass das Eis oder die Schneekristalle in der Mischung der Bestandteile während des Pressens nicht schmelzen, dann werden sie dies während des auf das Pressen folgenden Auftauens, Härtens und Trocknens tun und während dieser Vorgänge wird das Wasser vom hydraulischen Bindemittel gebunden bzw. verdampft und lässt Hohlräume in der Platte, wobei deren Zahl und Grösse von der Menge des Eises und den Ausmassen der Eisteilchen in der Mischung der Bestandteile abhängig ist. Auf diese Weise erreicht die hergestellte Platte eine gewünschte poröse Struktur.
Falls das Pressen zwischen Pressflächen mit einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Wassers ausgeführt wird, dann wird das Eis in der zusammengedrückten Mischung der Bestandteile während des Pressens nächst den Pressflächen schmelzen, wodurch die gefertige Platte dichte Oberflächenschichten an entgegengesetzten Seiten eines porösen Kerns erhalten wird. Diese dichten Oberflächenschichten geben der Platte eine erhöhte Schlagfestigkeit und Zugfestigkeit beim Biegen und schützen ebenso den inneren porösen Kern gegen Wasser und Feuchtigkeit.
Durch selektives Variieren der Presszeit und der Temperatur der Pressflächen kann man die Dicke der dichten Oberflächenschicht der hergestellten Platten variieren. Es ist verständlich, dass man, falls erwünscht, das Pressen auch unter einem derartigen Erhitzen der Pressflächen und während einer solchen Zeitspanne ausführen kann, dass im wesentlichen das gesamte Eis in der Mischung der Bestandteile während des Pressens schmilzt, wodurch eine Platte erhalten wird, die über ihre ganze Dicke hinweg eine hohe Dichte aufweist. Die Dichte der Platte kann auch durch Variieren des Drucks, der beim Verpressen ange-
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wesentlich weniger Wasser eingesetzt werden kann, als es bislang üblich war.
Das Vermischen des zerkleinerten Eises oder Schnees mit den andern auf eine Temperaturunterhalb des Schmelzpunktes des Wassers abgekühlten Bestandteilen kann entweder in einer kalten Umgebung, bei- spielsweise in einem Kühlraum oder während der Zuführung eines Kühlmediums zum Gemisch ausgeführt werden, welches die Mischung kühlt ohne darin eingeschlossen zu sein, wie z. B. Kohlensäureschnee oder ein verflüssigtes Gas, beispielsweise flüssiger Stickstoff oder flüssige Luft.
Falls erwünscht, kann zur Modifikation der Eigenschaften der hergestellten Platten ein Zuschlagstoff, beispielsweise bestehend aus Blähton mit einer Teilchengrösse innerhalb eines Bereiches von z. B. 1 bis 10 mm, in Abhängigkeit von der Dicke der hergestellten Platten ebenfalls der Mischung der Bestandteile zugefügt werden. Dies ist besonders bevorzugt, wenn die gefertigten Platten verhältnismässig dick sind und z. B. als Wandelemente verwendet werden sollen. Eine Verstärkung in Form von Verstärkerstäben oder - netzen kann ebenfalls in die Schicht der gekühlten Mischung der Bestandteile vor dem Verpressen eingeschlossen werden.
Der Zuschlagstoff ebenso wie das Verstärkermaterial kann vor seiner Vereinigung mit der Mischung der Bestandteile auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Wassers abgekühlt werden oder kann alternativ eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Wassers besitzen. Im letzteren Fall wird das Eis im Gemisch der Bestandteile in unmittelbarer Nähe des Zuschlagstoffes bzw. Verstärkermaterials teilweise schmelzen, wodurch man während des anschliessenden Pressens ein dichteres Material in unmittelbarer Nähe des Zuschlagstoffs bzw. Verstärkermaterials erhält, was zu einer verbesserten Verankerung des Zuschlagstoffs bzw. des Verstärkermaterials in der Platte führt.
Die Pressstufe des erfindungsgemässen Verfahrens kann mit Hilfe jeglicher geeigneter herkömmlicher Art von Pressen ausgeführt werden. Vorzugsweise kann man jene Pressentypen verwenden, welche derzeit zur Herstellung von Holzfaserplatten oder Spanplatten verwendet werden.
Beispiele : Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einiger Beispiele der Herstellung von Gipsplatten mit einer Dicke von ungefähr 10 mm näher erläutert. Bei allen diesen Beispielen hatte die anfängliche Schicht der gekühlten Mischung der Bestandteile vor dem Pressen eine Dicke von etwa 3 bis 4 cm. Die verwendeten Glasfasern besassen eine Faserlänge von etwa 5 bis 15 mm, während der Blähton-Zuschlag eine
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1bis 1 mm. Die nachfolgende Tabelle erläutert die Zusammensetzung der Mischung der Bestandteile, die Pressbedingungen und die Eigenschaften der hergestellten Platte jedes Beispiels.
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<tb>
<tb>
Mischung <SEP> der <SEP> Bestandteile <SEP> Pressbedingungen <SEP> Eigenschaften
<tb> Beispiel <SEP> Gips <SEP> Reines <SEP> Eis <SEP> Harn- <SEP> Glas- <SEP> Bläh- <SEP> Druck <SEP> Zeit <SEP> Temp. <SEP> Dichte <SEP> Zugfe- <SEP> SchlagfeGew.-% <SEP> Eis <SEP> mit <SEP> stoff- <SEP> faser <SEP> ton <SEP> kp/cm2 <SEP> sec. <SEP> C <SEP> g/cm3 <SEP> stigkeit <SEP> stigkeit
<tb> Gew.-% <SEP> 15% <SEP> harz <SEP> Gew.-% <SEP> Gew.-% <SEP> (zirka) <SEP> beim <SEP> kp. <SEP> cm/cm2
<tb> Harn- <SEP> Gew.-% <SEP> Biegen
<tb> stoff- <SEP> kp/cm2
<tb> harz
<tb> Gew.
<SEP> -%
<tb> 1 <SEP> 100 <SEP> 35 <SEP> 3 <SEP> 1,5 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 100 <SEP> zirka <SEP> 1 <SEP> zirka <SEP> 70
<tb> 2 <SEP> 100 <SEP> 40 <SEP> 1,5 <SEP> 10 <SEP> 1 <SEP> 20 <SEP> 1,05 <SEP> 64,4 <SEP> 4,6
<tb> 3 <SEP> 100 <SEP> 40 <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> 120 <SEP> 20 <SEP> 1,5 <SEP> 145 <SEP> 14,6
<tb> 4 <SEP> 100 <SEP> 40 <SEP> 1,5 <SEP> 1 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 1,16 <SEP> 85 <SEP> 9,4
<tb> 5 <SEP> 100 <SEP> 40 <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 240 <SEP> 20 <SEP> 1,21 <SEP> 103 <SEP> 12
<tb> 6 <SEP> 100 <SEP> 30 <SEP> 3 <SEP> 70 <SEP> 10 <SEP> 150 <SEP> 20 <SEP> 1,19 <SEP> 53
<tb> 7 <SEP> 100 <SEP> 38 <SEP> 3 <SEP> 33 <SEP> 10 <SEP> 300 <SEP> 40 <SEP> 1,
19 <SEP> 61
<tb>
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Zur Herstellung von faserverstärkten Zementtafeln oder Zementplatten mittels des erfindungsgemässen Verfahrens kann man beispielsweise eine Gemischzusammensetzung aus den nachstehenden Bestandteilen verwenden :
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<tb>
<tb> Porlandzement <SEP> : <SEP> 100 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Sand <SEP> (Teilchengrösse <SEP> < <SEP> 2 <SEP> mm) <SEP> : <SEP> 200 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Zerkleinertes <SEP> Eis <SEP> : <SEP> 30 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Stahlfasern <SEP> (Durchmesser <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> bis
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> mm, <SEP> Länge <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 25 <SEP> mm) <SEP> : <SEP> l <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> Vol.-%.
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Zur Verminderung des Gewichtes einer derartigen faserverstärkten Zementtafel sowie zur Verbesserung ihrer Verarbeitbarkeit, beispielsweise zum Nageln, kann man der Mischung der Bestandteile Blähton als Zuschlagstoff zufügen und in diesem'Falle kann eine Mischung der Bestandteile mit beispielsweise der nachfolgenden Zusammensetzung verwendet werden :
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<tb>
<tb> Portlandzement <SEP> : <SEP> 100 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Sand <SEP> (Teilchengrösse <SEP> < <SEP> 2 <SEP> mm) <SEP> : <SEP> 200 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Blähton-Zuschlag <SEP> : <SEP> 30 <SEP> bis <SEP> 70 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Zerkleinertes <SEP> Eis <SEP> : <SEP> 30 <SEP> bis <SEP> 35 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Stahlfasern <SEP> :
<SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> Vol.-%
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Laminierte Isolierplatten
Zur zusätzlichen Verbesserung der schall- und wärmeisolierenden Eigenschaften erfindungsgemäss her- stellbare Gips- und Zementplatten zeigt es sich als vorteilhaft, die Gips- oder Zementplatte mit einer
Platte oder Schicht eines Isoliermaterials unter Bildung einer laminierten Bauplatte zu vereinigen. Eine derartige laminierte Bauplatte kann beispielsweise aus einer erfindungsgemäss hergestellten Gips- oder
Zementplatte, welche an eine Platte oder Schicht aus Isoliermaterial gebunden ist, bestehen oder in anderer Weise kann sie aus zwei erfindungsgemäss hergestellten Gips- oder Zementplatten, welche an eine dazwi- schenliegende zentrale Schicht oder Platte aus Isoliermaterial gebunden sind, bestehen.
Geeignete Isoliermaterialien für diesen Zweck sind poröse Holzfaserplatten, Glaswollplatten, Schlackenwollplatten, Mineralwollplatten, geschäumte oder zellige Plastikplatten od. ähnl. Produkte. Bei der Her- stellung von Gips- oder Zementplatten mittels des erfindungsgemässen Verfahrens kann die Gips- oder Zementplatte mit einer Tafel oder Platte des Isoliermaterials gleichzeitig mit der Herstellung der Gips- oder
Zementplatte so laminiert werden, dass als Endprodukt eine laminierte Platte erhalten wird.
Dies kann auf zweierlei Wegen erfolgen : Wenn das Isoliermaterial ausreichend druckbeständig ist, beispielsweise aus einer porösen Holzfaserplatte besteht, so dass es dem in der Pressstufe des erfindungsgemässen Verfahrens angewendeten Druck ohne Deformation unterworfen werden kann, dann kann man die Platte oder Tafel des Isoliermaterials zusammen mit der Schicht der kalten, für die Gips- oder Zementplatte verwendeten Mischung der Bestandteile anordnen, worauf die Isolierplatte und die Schicht der Mischung der Bestandteile erfindungsgemäss zusammen verpresst werden. Das Pressen und nachfolgende Abbinden, Härten und Trocknen der gepressten Schicht aus der Mischung der Bestandteile führt zu einer starken Bindung zwischen der Isolierplatte und der Gips- oder Zementplatte.
Sollte es zur Erzielung einer noch stärkeren Bindung des Laminats notwendig sein, kann die Isolierplatte vor dem Zusammenbringen mit der Mischung der Bestandteile mit einem geeigneten Kleber, beispielsweise einem synthetischen Harzkleber, wie z. B. einem Harnstoffharzkleber, einem PolyvinylchloridKleber, einem Polyvinylacetat-Kleber, einem Epoxyharz-Kleber oder einer wässerigen Aufschlämmung des hydraulischen Bindemittels beschichtet werden.
Falls anderseits das Isoliermaterial solcher Art ist, dass es dem bei der Pressstufe des erfindungsgemässen Verfahrens angewendeten Druck nicht unterworfen werden kann, z. B. aus geblähtem oder zelligem Plastmaterial, Glaswolle, Schlackenwolle, Mineralwolle od. ähnl. Materialien besteht, kann man ein anderes Verfahren anwenden. Bei diesem Verfahren wird die gepresste Schicht der für die Gips- oder Zementplatte verwendeten Mischung der Bestandteile sofort nach dem Pressen mit einer Platte oder Tafel des Isolermaterials mit einer Zwischenschicht oder einem Überzug eines passenden Klebers, z. B. eines synthetischen Harzklebers oder einer wässerigen Aufschlämmung des hydraulischen Bindemittels zusammengebracht.
Während des nachfolgenden Abbindens, Härtens und Trocknens der Gips- oder Zementplatte wird diese fest an die Isolierplatte oder-tafel gebunden, so dass man die erwünschte laminierte Platte erhält.
Weitere Ausführungsformen liegen im Rahmen der Erfindung.