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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulisch gebundenen, insbesondere zementgebundenen, Platten, bei dem eine wasserhältige Werkstoffmischung auf Formplatten, insbesondere Pressbleche, aufgebracht, aus den beladenen Formplatten ein Stapel gebildet und dieser zusammengepresst sowie im druckbelasteten Zustand einer Wärmeeinwirkung zur Härtung der Ausgangsmischung unterworfen wird, sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.
Die Werkstoffmischung, auch Ansatz genannt, kann gegebenenfalls Zuschläge, gegebenenfalls Faserzusätze und/oder Füllstoffe, gegebenenfalls übliche Hilfsstoffe wie Verflüssiger, Abbinderegler, insbesondere Abbindebeschleuniger, Flockungshilfen u. dgl., enthalten und wird, insbesondere nach einer Vorentwässerung, einer Formgebung unterworfen, wobei gegebenenfalls ein Pressvorgang stattfindet, und die erhaltenen Platten werden, insbesondere in feuchter Atmosphäre und bei gegen- über dem Atmosphärendruck erhöhtem Umgebungsdruck, wärmegehärtet.
Derartige Verfahren sind bereits vorbeschrieben. So betrifft die EP-A 0 068 742 ein Verfahren zur Herstellung eines asbestfreien Formkörpers, z. B. eine Verkleidungs- oder Dachplatte, bei dem eine wässerige Aufschlämmung unter Entwässerung geformt wird, die-bezogen auf Trockensubstanz - 50 bis 90% Zement, 5 bis 40% hochreaktive puzzolanische Kieselsäure und 5 bis 15% Zellulosefasern enthält, und wobei durch Lufthärtung eine Reaktion zwischen dem Zement und der Kieselsäure stattfinden gelassen wird.
Als hochreaktive puzzolanische Kieselsäure wird eine solche mit mindestens 80% Si02 -Gehalt und vorzugsweise mit einer BET-Oberfläche von mindestens 15, 000, insbesondere mindestens
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und der Kieselsäure war schon vorher bekannt gewesen. Die Formkörper gemäss der EP-A 0 068 742 können zusätzlich Verstärkungsfasern sowie pulverförmige, körnige oder schuppen-bzw. blättehen- förmige Füllstoffe enthalten. Als Verstärkungsfasern werden anorganische Fasern, z. B. Glas-oder Mineralwollfasern, und organische Fasern, z. B. Polypropylenfasern, genannt.
Die Formkörper nach der EP-A 0 068 742 können, wenn notwendig, zur Erhöhung ihrer Dichte verpresst werden und werden anschliessend warm gehärtet. Zu diesem Zweck werden die Formkörper entweder durch einen Wärmetunnel mit mindestens 600C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von mindestens 85% mit einer Verweilzeit von vorzugsweise mindestens 24 h geschickt, oder an der Luft lediglich durch die frei werdende Reaktionswärme gehärtet. Im letzteren Fall wird die Abdichtung und Wärmeisolierung von Plattenstapeln empfohlen, um Wärme- und Feuchtigkeitsverluste zu verhindern.
Ein ähnliches Verfahren wird in der EP-A 0 127 960 beschrieben. Dort werden faserverstärkte Formkörper mit einer Dichte von mindestens 600 kg/m3, z. B. Flach-oder Wellplatten, dadurch hergestellt, dass eine wässerige Aufschlämmung, die - bezogen auf Trockensubstanz - 5 bis 30% Fasern, davon mindestens 5% Zellulosefasern, 15 bis 50% ultrafeiner Kieselsäurestaub mit einer spezifischen Oberfläche von 5 bis 200 m2/g, und 20 bis 80% Kalk und/oder ein kalkenthaltendes Material, sowie 0 bis 40% Zusätze enthält, gebildet und unter Entwässerung daraus grüne Formkörper gebildet, die dann, gegebenenfalls nach Pressen und Vorhärten, autoklaviert werden. Als "kalkenthaltendes Material" werden auch Materialien genannt, die in Gegenwart von Wasser Kalk freisetzen, wie z. B. Portlandzement.
Als neben den Zellulosefasern, die unbedingt vorhanden sein müssen, bevorzugte Fasern sind synthetische anorganische Fasern, wie Mineralwolle, Glas-, Kohlenstoff- und Stahlfasern, synthetische organische Fasern wie Polyester-, Polyvinyl-, Polyvinylalkohol-, Polyäthylen-, Polyacrylnitril und Polyacrylamid, und natürliche organische Fasern, wie Zellulosefasern genannt.
Bei den gegebenenfalls vorhandenen Zusätzen werden Füllstoffe wie Glimmer, Vermiculit, Kieselgur, Perlit, Blähton, Diatomit und gemahlener Quarz, kieselsäurehältiger Sand und Flugasche, Färbemittel, Mittel zum Wasserdichtmachen, Abbinde- und Härtungsbeschleuniger wie Calciumchlorid und Aluminiumsulfat, Flockungsmittel und Dispergiermittel, Filtersubstanzen wie Wollastonit- - Kristalle, organische und anorganische Plastifikatoren und Faserdispergiermittel, wie z. B. hydrophile anorganische kolloidale Teilchen wie hydrophile Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche grösser als 100 m2/g, sowie behandelte oder unbehandelte kolloidale Partikelchen genannt.
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Die Autoklavenbehandlung findet gemäss der EP-A 0 127 960 bei Temperaturen zwischen 100 und 240 C, vorzugsweise von 130 bis 190 C statt ; die grünen Formkörper - wobei als Formkörper
Träger, Blöcke, Rohre und Flach- bzw. Wellplatten genannt sind - können verpresst, d. h. einer mechanischen Druckbehandlung unterworfen sowie, insbesondere bei 20 bis 100 C und einer relati- ven Luftfeuchtigkeit von 60 bis 100% während 6 bis 24 h, vorgehärtet werden.
Die DE-PS Nr. 187093 sieht vor, einen Plattenstapel zuerst hydraulisch zu verpressen, dann durch eine geeignete Vorrichtung zusammenzuspannen und anschliessend wärmezuhärten. Dazu wird der zusammengespannte Plattenstapel von der Presse über eine Transportvorrichtung (z. B. Wagen) in die Härteanlage überstellt.
In einem andern Zusammenhang, nämlich beim einlagigen Durchführen von Materialien durch kontinuierlich arbeitende Plattenbandpressen, ist schon bekanntgeworden, diese Materialien unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Wärme zu behandeln, indem die Platten der Plattenbänder beheizt werden, s. die DE-PS Nr. 866462. In dieser Druckschrift wird dieses kontinuierliche Verfah- ren klar im Gegensatz zu einem diskontinuierlichen Pressverfahren für Faserplatten gesehen, wobei aber auch bezüglich dieses diskontinuierlichen Verfahrens als bekannt angegeben ist, dass bei
Pressen mit zwei Pressplatten diese beheizt werden können. Beim Plattenbandpressen gemäss der
DE-PS Nr. 866462 können die Heizelemente z. B. strombeheizt sein ; ein Hinweis auf eine Induktions- heizung ist nicht gemacht.
Die AU-PS Nr. 515151 betrifft Formkörper aus Zement, Kieselsäure und Faserverstärkungen, z. B. Asbestfasern und Zellulosefasern. Die Erfindung wird dort im Einsatz von Zellulosefasern eines besonderen Freiheitsgrads (nämlich 350 bis 600 CSF-Einheiten) gesehen ; über die Formkörperherstellung ist nichts besonderes ausgesagt ; ein Pressvorgang wird nicht erwähnt. Weiter ist zu sagen, dass die gemäss der AU-PS eingesetzte Kieselsäure keinen Hinweis darauf zulässt, dass es sich dabei um kondensierten Kieselsäurestaub handeln sollte.
Gemäss dem Stand der Technik werden somit die grünen Formkörper jeweils zuerst-wenn überhaupt - mechanisch gepresst und anschliessend einer Wärmebehandlung unterworfen.
Es wurde nunmehr überraschenderweise gefunden, dass Platten mit gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserter Struktur und verbesserten mechanischen Eigenschaften, eingeschlossen Langzeiteigenschaften, erhalten werden, wenn die grünen Platten bei und/oder nach ihrer Bildung gleichzeitig einer mechanischen Druck- und einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt werden, mit andern Worten gleichzeitig verpresst und erwärmt werden.
Dementsprechend ist das erfindungsgemässe Verfahren vor allem dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkstoffmischung, der in bekannter Weise kondensierter Kieselsäurestaub zugesetzt wird, gleichzeitig der Druck- und Wärmeeinwirkung unterworfen wird, wobei die Werkstoffmischung, vorzugsweise über vorgewärmte Pressbleche, erwärmt und verpresst wird.
Ein Pedelbetrieb mit Pressblechen zwischen einer Formmaschine und einer Presse ist für kunstharzgebundene Spanplatten aus der DE-OS 2427498 bekannt. Dabei wird die Restwärme der Pressbleche ausgenutzt bzw. werden die Pressbleche von der Unterplatte der Presse beim Aufliegen konvektiv erwärmt. Dabei dürfen die Pressbleche nur so weit vorgewärmt werden, dass noch keine Reaktion eintritt, d. h. das Harz, das die Spanplatten bindet, darf nicht abhärten. Die eigentliche Reaktionswärme wird über die Oberplatte der Presse konvektiv aufgebracht, so dass die Oberplatte eine weitaus höhere Temperatur haben muss.
Aus diesem System ergibt sich, dass keine Eignung für eine eigentliche Stapelpressung gegeben ist, da die Abhärtung im Stapel lediglich von oben nach unten fortschreiten kann.
Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäss die Werkstoffmischung auf eine Temperatur vorgewärmt, bei der die Abbindereaktion bereits rasch vor sich gehen kann, wozu die Restwärme der Platten nicht ausreicht, sondern die Platten ausserhalb der Presse - und gegebenenfalls bereits mit Werkstoffmischung beladen-vorerwärmt werden.
Dies ist ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem auf kunstharzgebundene Spanplatten beschränkten System nach der DE-OS 2427498 ; eine Übertragung dieses bekannten Systems, bei dem nur das einzige mit der Unterplatte der Presse in Berührung kommende Pressblech - und überdies lediglich in der Presse - entsprechend erwärmbar ist, auf hydraulisch gebundene Platten wäre zwecklos.
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Die DE-AS 1901778 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung - in der auch mineralische
Presslinge hergestellt werden können - bei denen in einer Paketpresse die Randbereiche des Platten- stapels über deren Umgebungsatmosphäre beeinflusst werden, wozu ein nach aussen abdichtender
Balg vorgesehen ist. Es ist angegeben, dass diese Anordnung z. B. bei Heisspressen vorgesehen sein kann. Diese Offenbarung lässt nun nicht einmal den Schluss zu, dass es bekannt wäre, minerali- sche Presslinge heiss zu verpressen ; wenn schon, müsste das aber mit abgedichteten Randbereichen erfolgen.
Im vorliegenden geht es aber darum, hydraulisch abbindende Einsatzmischungen, die einen
Zusatz an kondensierter Kieselsäure enthalten, zu formen, und es wird überraschenderweise ein frühhochfestes, dichtes und gleichmässiges Gefüge erhalten, wenn gleichzeitig Druck und Wärme aufgebracht werden. Weiterhin wird dabei - wenn die Einsatzmischungen in bekannter Weise Fasern enthalten-der gefürchtete gefügeschädigende Rückfedereffekt völlig vermieden, wodurch Platten bis jetzt nicht erzielbarer Qualität erhalten werden.
Eine derartige Vorwärmung, wie sie erfindungsgemäss vorzugsweise angewendet wird, wurde bis jetzt für hydraulisch abbindende Mischungen für undurchführbar angesehen ; selbst hochreakti- ve puzzolanische Kieselsäure enthaltende Mischungen wurden zuerst verpresst und dann erst erwärmt. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass in derartigen kieselsäurehaltigen Einsatzmischun- gen, wie sie Gegenstand des erfindungsgemässen Verfahrens sind, soviel Wasser zurückgehalten wird, dass keine Gefügemängel auftreten, wenn Druck und Wärme gleichzeitig aufgebracht und insbe- sondere die Einsatzmischung vorerwärmt wird.
Die erfindungsgemäss hergestellten Platten erreichen schon bereits nach einigen Stunden 90 bis 95% ihrer Endfestigkeit, so dass weitaus verbesserte Transport- und Lagerbedingungen als nach dem Stand der Technik erzielt werden.
Durch die erzielte Frühfestigkeit der Platten wird der schon erwähnte Rückfedereffekt, der bei Formkörpern mit einem Gehalt an gewissen Fasern, insbesondere Zellstoffasern, auftritt, die beim Nassverfahren als Filterfasern mit hoher Feststoffretention zugegeben werden, und der sich in einer Volumenvergrösserung der Formkörper beim Abbinden äussert, so dass bisher bei derartigen Formkörpern keine dichte Struktur erzielbar war, die Formkörper somit unter anderem keine besondere Witterungsbeständigkeit aufwiesen, vollständig verhindert.
Der Grund für die synergistische Wirkung der gleichzeitigen Druck- und Wärmebehandlung ist nicht bekannt. Es wird angenommen, dass infolge der Gefügeverdichtung die puzzolanische Kalk-/Kieselsäurereaktion unter Feststoffbildung sehr rasch fortschreitet, wobei die gebildeten Ca-silikate in den Formkörpern ein festes Netzwerk bilden, lange noch bevor eine Verfestigung infolge der Hydratation der Zementbestandteile stattgefunden hat.
Es wurde gefunden, dass die günstigsten Platteneigenschaften mit Ansätzen erzielt werden, die 60 bis 85 Masse-% hydraulisches Bindemittel, insbesondere Portlandzement, und 15 bis 35 Masse-% kondensierten Kieselsäurestaub enthalten. Günstig werden den Ansätzen 5 bis 12 Masse-% Fasermaterial zugesetzt, insbesondere für die Nassverarbeitung Fasermaterial mit hoher Bindemittelretention, wie Zellstoffasern, vorzugsweise mit einem Mahlgrad von 20 bis 40 SR.
Die erfindungsgemäss hergestellten Platten können im übrigen sämtliche bisher verwendeten Zusätze und Komponenten enthalten, wie sie z. B. vorstehend bezüglich der EP-A 0 068 742 und 0 127 960 beschrieben wurden, wobei-wie bekannt-die Zusammensetzung der Ansätze auf die jeweilige Problemstellung abgestellt wird. Insbesondere können die Ansätze auch sogenannte Fibride enthalten, wie sie z. B. in der AT-PS Nr. 355486 der Patentinhaberin beschrieben sind. Hiezu sind vor allem Fasern und Fibride auf Polyacrylnitril-, Polyvinylalkohol-, Polypropylen- oder Polyäthylenbasis, mineralische Fasern wie Glasfasern und organische Naturfasern wie Zellulosefasern (Zellstoff, Sulfatzellstoff, Regeneratzellstoff) sowie Fasern von Einjahrespflanzen zu nennen.
Vorteilhaft wird so vorgegangen, dass die Wärme über die Press- und/oder Formvorrichtung auf die Platten aufgebracht wird, insbesondere über vorgewärmte Pressmatrizen, die vorzugsweise im Kreislauf geführt werden, wobei günstig eine wärmeisolierte Führung der Pressmatrizen entlang eines Teiles des Kreislaufes zur Verminderung jeder nicht die Platten betreffenden Wärmeabgabe vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispieles näher erläutert : Ein Ansatz aus Portlandzement, Kieselsäurestaub, Zellstoffasern und Wasser wurde auf einer
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verarbeitet wurde. Der Mischstapel wurde etwa 40 min lang einem Pressvorgang unterworfen, dann mit Wärmeisoliermaterial abgehüllt und etwa 8 h ruhen gelassen. Bei der folgenden Auflösung des Mischstapels hatten die geformten Platten und die Pressbleche jeweils eine Temperatur von 60 C.
Die geformten Platten hatten bereits über 90% ihrer Endfestigkeit und wurden ins Lager verbracht ;
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zeichnete Festigkeit, weitgehend verminderte Wasseraufnahme und hervorragende Langzeitwitterungsbeständigkeit, verglichen mit Produkten gemäss dem Stand der Technik, auf. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1
Biegezugfestigkeit der Faserzement-Platten unter Berücksichtigung des Langzeitverhaltens, Mittelwerte
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<tb>
<tb> herkömmliche <SEP> Technologie <SEP> ohne <SEP> KSS <SEP> mit <SEP> KSS, <SEP> Wärmebehandlung <SEP> und <SEP> Druck
<tb> Biegezugfestigkeit <SEP> Biegezugfestigkeit
<tb> (N/mm') <SEP> (N/mm') <SEP>
<tb> 7 <SEP> Tage <SEP> 13, <SEP> 6 <SEP> 19, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 21 <SEP> Tage <SEP> 14, <SEP> 4 <SEP> 20, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 28 <SEP> Tage <SEP> 14, <SEP> 3 <SEP> 21, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 56 <SEP> Tage <SEP> 13, <SEP> 3 <SEP> 22, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 112 <SEP> Tage <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP> 24, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
Das beschriebene Verfahren bringt weiterhin Energievorteile, da durch die unmittelbare Rückführung der Pressbleche nach nur kurzer Reaktionszeit deren innewohnende Wärme, die zum Teil aus der Hydratationswärme des Zements stammt,
nicht verloren geht und nur eine geringfügigere Temperaturdifferenz durch Wiederaufwärmen der Pressbleche ausgeglichen werden muss. Es können auch bereits mit zu verpressendem Material belegte Pressbleche vorerwärmt werden.
Die Vorwärmung der Presswerkzeuge oder der Teile der Presswerkzeuge, die Wärme an die Platten abgeben sollen, kann auf verschiedene Weise erfolgen. Insbesondere bei Pressblechen hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, eine elektrische Induktionsheizung, vorzugsweise nur von einer Seite der Bleche her, vorzusehen. Dies ist besonders günstig, wenn bereits mit dem grünen, vorgeformten Faserzementprodukt belegte Pressbleche erwärmt werden.
Zur Ermittlung der Einflüsse von Druck und Wärme auf grüne Platten im Hinblick auf die späteren Eigenschaften der abgebundenen Platten wurden folgende Versuche durchgeführt :
Aus Ansätzen, die in der Trockensubstanz Portlandzement PZ 375 (H) (GZAG), feinverteilte Kieselsäure (FESILUR 75 der SKW Trostberg) und Sulfatzellstoff (35 SR, Frantschacher) enthielten, wurden im Nassverfahren Prüfplättchen gebildet. Das Verhältnis Kieselsäure : Zement betrug 0, 1, 0, 2 und 0, 3. Als Vergleich wurden Prüfplättchen ohne Kieselsäurezusatz herangezogen.
Als Druckbehandlung wurden 600 N/m2, als Temperaturbehandlung 90 C während 8 h, gewählt.
Die Ergebnisse (Biegezugfestigkeit, E-Modul) sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt.
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Tabelle 2 Biegezugfestigkeit und E-Modul der Faserzement-Plättchen mit Fesilur, Mittelwerte
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<tb>
<tb> Temperatur <SEP> nein <SEP> ja
<tb> Druck <SEP> nein <SEP> ja <SEP> nein <SEP> ja <SEP>
<tb> Si02 <SEP> : <SEP> Zement <SEP> Festigkeit <SEP> E-Modul <SEP> Festigkeit <SEP> E-Modul <SEP> Festigkeit <SEP> E-Modul <SEP> Festigkeit <SEP> E-Modul
<tb> MPa <SEP> GPa <SEP> MPa <SEP> GPa <SEP> MPa <SEP> GPa <SEP> MPa <SEP> GPa
<tb> 0 <SEP> 12, <SEP> 1 <SEP> 8, <SEP> 3 <SEP> 21, <SEP> 0 <SEP> 14, <SEP> 2 <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> 18, <SEP> 9 <SEP> 13, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 10 <SEP> 14, <SEP> 7 <SEP> 11, <SEP> 0 <SEP> 21, <SEP> 3 <SEP> 15, <SEP> 1 <SEP> 19, <SEP> 0 <SEP> 10, <SEP> 6 <SEP> 29, <SEP> 4 <SEP> 19, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 20 <SEP> 18, <SEP> 0 <SEP> 14, <SEP> 1 <SEP> 22, <SEP> 1 <SEP> 17, <SEP> 4 <SEP> 21, <SEP> 4 <SEP> 13,
<SEP> 3 <SEP> 32, <SEP> 1 <SEP> 21, <SEP> 6 <SEP>
<tb> o, <SEP> 30 <SEP> 20,0 <SEP> 13,0 <SEP> 25,0 <SEP> 18,7 <SEP> 24,1 <SEP> 13,4 <SEP> 35,5 <SEP> 23,2
<tb>
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Aus den Ergebnissen ist zu ersehen, dass die gleichzeitige Einwirkung von Druck und Wärme gegenüber der Summe der einerseits durch Druck und anderseits durch Wärme erzielbaren Festig- keitssteigerung noch wesentlich erhöhte Festigkeitseigenschaften mit sich bringt.
Weiterhin erkennt man eine Verbesserung der Festigkeiten mit steigendem Kieselsäure/Zement- verhältnis.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von hydraulisch gebundenen, insbesondere zementgebundenen,
Platten, bei dem eine wasserhältige Werkstoffmischung auf Formplatten, insbesondere Pressbleche, aufgebracht, aus den beladenen Formplatten ein Stapel gebildet und dieser zusammengepresst sowie im druckbelasteten Zustand einer Wärmeeinwirkung zur Härtung der Ausgangsmischung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkstoffmischung, der in bekannter Weise kondensierter
Kieselsäurestaub zugesetzt wird, gleichzeitig der Druck- und Wärmeeinwirkung unterworfen wird, wobei die Werkstoffmischung, vorzugsweise über vorgewärmte Pressbleche, erwärmt und verpresst wird.