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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein feuerfestes Material und insbesondere ein feuerfestes Material,
das aus Fasern, Granulat und anorganischen Bindemitteln mit vorgegebenen
Anteilen besteht.
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In den letzten Jahren wurde mit dem
Zuwachs der Bevölkerungen
und unabhängig
von der äußeren Gestaltung
sowohl der Wohngebäude
als auch der Bürogebäude in Großstädten und
Städten rund
um den Globus die Tendenz erkennbar, die Gebäude immer höher zu bauen um dadurch mehr Raum
für Büros und
Wohnungen zu schaffen. Diese sogenannten Wolkenkratzer und Hochhäuser, die nunmehr überall in
den Städten
anzutreffen sind, haben nicht nur das Landschaftsbild und die Ökologie der
Umgebung verändert,
sondern auch die Lebensgewohnheiten der Menschen.
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Diejenigen, die in Metropolen aufwachsen und
in Hochhäusern
nicht nur wohnen, sondern auch arbeiten, verbringen auch ihre Freizeit
in diesen Gebäuden.
Dies führt
dazu, dass die Sicherheit der Gebäude mit dem Wandel der Zeit
eine immer größere Rolle
spielt. Dazu gehören
in erster Linie die Festigkeit gegen Erdbeben und die Eindämmung von
Feuersbrünsten.
In herkömmlicher
Weise werden als Baumaterialien für derartige Gebäude Ziegel,
Eisenbewehrungen und Beton eingesetzt oder auch gelegentlich Stahlrahmen
als Tragstruktur. Nach dem Zusammenbau dieser Tragstruktur werden
Ziegel oder Gipsplatten eingesetzt um die Stockwerke in Räume zu unterteilen,
wobei sich für
diese Unterteilung die Ziegel als festes und dauerhaftes Material
besonders eignen, jedoch ein hohes Gewicht aufweisen, wodurch die
Gesamtlast des Gebäudes
steigt. Gipsplatten weisen zwar ein geringeres Gewicht auf, sind
jedoch weniger fest, wodurch der Widerstand gegen Schwingungen kleiner
ist, insbesondere im Fall von Feuersbrünsten im Gebäude.
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Diese herkömmlichen Baumaterialien widerstehen
damit einem Feuer in nur unzureichendem Maß und brennen sogar bei hohen
Temperaturen, wobei die Molekularstruktur des Materials zerstört wird,
das demzufolge zu Stücken
oder Pulver zerfällt und
die ursprüngliche
Haltefestigkeit völlig
verliert. Nach dem Ausbruch eines Feuers gerät dieses schnell außer Kontrolle
und ist nicht mehr bekämpfbar,
wodurch ernsthafte Schäden
sowohl für
die Menschen als auch für
die Gebäude
auftreten. Derartige Ereignisse können regelmäßig in den Fernsehnachrichten
beobachtet werden.
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Es wurden zahlreiche Untersuchungen
im Hinblick auf die Ermittlung der Ursachen für den Ausbruch eines Feuers
und dessen Ausbreitung in derartigen Gebäuden durchgeführt, wobei
gefunden wurde, dass der wesentliche Grund darin liegt, dass die herkömmlichen
für den
Bau der Wände
verwendeten Materialien nicht in der Lage sind, der Ausbreitung
eines Feuers Einhalt zu gebieten. Dadurch breitet sich dieses immer
weiter aus und erschwert ein wirksames Löschen. Es ist daher für die Hersteller
von Baumaterialien und auch für
Forscher von hoher Wichtigkeit, über
ein Material zu verfügen,
das im Hinblick auf die Raumaufteilung durch Wände fest und leichtgewichtig
ist und das feuerfeste und wärmeisolierende
Eigenschaften aufweist, sodass es auch bei hohen Temperaturen unbrennbar
ist und weder zu Pulver zerfällt
noch Risse ausbildet.
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Zur Überwindung dieser bekannten
Nachteile der herkömmlichen
Materialien wie Ziegel und Gipsplatten liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Material zu schaffen, mit dem die aufgezählten Unzulänglichkeiten
vermieden werden. Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen
gelöst;
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft also ein feuerfestes
Material, das pflanzliche Fasern einer bestimmten Länge (wie
zum Beispiel Holzwolle, Fasern der Kokosnuss und dgl.) aufweist,
die mit einem anorganischen Bindemittel vermischt sind, sowie ein
poröses,
feuerfestes Granulat aufweist (wie zum Beispiel ein bei hoher Temperatur
gesintertes pulverförmiges
mineralisches Silikat) und eine entsprechende Menge an Wasser zur
Vermischung, dergestalt, dass das anorganische Bindemittel, das
feuerfeste Granulat und die pflanzlichen Fasern gleichmäßig miteinander
vermischt sind und das Bindemittel und das feuerfeste Granulat sowohl
zwischen die pflanzlichen Faser eingedrungen sind als auch diese
umhüllen.
Dieses Gemisch wird in eine Form eingefüllt, wonach das dadurch erhaltene
feuerfeste Material nach der Erfindung mit hohem Druck in Form gebracht
und durch ein Trockenverfahren ausgehärtet wird.
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Das Hauptziel der Erfindung, nämlich ein feuerfestes
Baumaterial zu schaffen, wird als gemäss der Erfindung dadurch erzielt,
dass das feuerfeste Granulat gleichmäßig mit dem anorganischen Bindemittel
vermischt wird und dass das feuerfeste Granulat sowohl zwischen
die pflanzlichen Fasern eindringt als auch deren Oberfläche bedeckt,
sodass die feuerfesten und wärmeisolierenden
Eigenschaften des porösen
feuerfesten Materials dem anorganischen Bindemittel übertragen
werden und damit auch den pflanzlichen Fasern, wodurch das neue
Material weitaus höheren
Temperaturen widerstehen kann als die herkömmlichen Materialien für die Wandausbildung.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht
darin, das feuerfeste Material dahingehend auszugestalten, dass
die pflanzlichen Fasern während
des Vermischens gleichmäßig dergestalt
miteinander verflochten werden, dass die Festigkeit des für die Wandausbildung
vorgesehen Materials erheblich erhöht ist, sodass dieses nicht
nur den hohen Temperaturen für lange
Zeit widersteht, sondern auch weder Risse ausbildet noch zu Pulver
zerfällt.
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Ein anderes Ziel der Erfindung besteht
darin, ein leichtgewichtiges feuerfestes Material zu schaffen, das
pflanzliche Fasern aufweist sowie ein poröses feuerfestes Granulat, wobei
das Material gleichmäßig mit
einem anorganischen Bindemittel vermischt wird um dergestalt eine
bessere Haftung zwischen den Molekülen des Materials und einem
leichten und zähen
feuerfesten Material zu erhalten.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der beigefügten
Zeichnung beschrieben: darin zeigen:
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1 ein
Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung des feuerfesten Materials
nach der Erfindung.
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2 eine
Kurve für
die Temperaturentwicklung des feuerfesten Materials nach der Erfindung
bei einem Brand in einem Gebäude
gemäss
den unter der Bezeichnung CNS 12514 und CNS 6532 bekannten
Testverfahren und
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3 Kurven
für die
Temperaturentwicklung der äußeren Seitenfläche des
feuerfesten Materials nach der Erfindung bei einem Brand in einem
Gebäude
gemäss
den unter der Bezeichnung CNS 12514 und CNS 6532 bekannten
Testverfahren.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
feuerfestes Material, das pflanzliche Fasern einer vorgegebenen
Länge aufweist
die mit einem anorganischen Bindemittel und einem porösen feuerfesten Granulat in
einem bestimmten Verhältnis
(in Gewichtsprozent) vermischt sind, dem Wasser in einem vorgegebenen Anteil
(in Gewichtsprozent) zugegeben wird, wobei ein Gemisch gebildet
wird, bei dem das anorganische Bindemittel, das feuerfeste Granulat
und die pflanzlichen Fasern gleichmäßig derart miteinander vermischt
sind, dass das anorganische Bindemittel und das feuerfeste Granulat
gleichmäßig zwischen
die pflanzlichen Fasern eindringt und deren Oberfläche umhüllt. Danach
wird das Gemisch in eine Form eingefüllt um nach einem Formgebungsschritt
bei hoher Temperatur und einem Schritt des Trocknens einen Ziegel
zu erhalten.
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Für
das erfindungsgemäße feuerfeste
Material werden als pflanzliche Fasern Naturfasern verwendet, wie
zum Beispiel Holzwolle, Kokosnussschalen, Stroh oder Palmenholz,
wobei diese pflanzlichen Fasern gleichmäßig vermischt und miteinander
verflochten werden. Als feuerfestes Granulat wird ein natürliches
Granulat verwendet, wobei poröse Teilchen
nach einem Mahlprozess und einem Brennverfahren bei hoher Temperatur
sowie einem Sinterschritt bei mehr als 1000 °C gebildet werden; typische
Beispiele für
diese Materialien sind Kieselgur, Silika oder auf dem Markt erhältlicher
weißer
Kohlenstoff. Da der Hauptbestandteil Siliziumdioxyd ist, weist das
Material nach dem Brennen bei hoher Temperatur und dem Sintern eine
hervorragende Feuerfestigkeit auf. Als anorganisches Bindemittel
kann Portlandzement, anorganisches Silikat (auch als Wasserglas
bekannt) oder deren Kombination verwendet werden. Der Hauptzweck
des anorganischen Bindemittels besteht darin, ein gleichmäßiges Gemisch
aus pflanzlichen Fasern und feuerfestem Granulat zu erhalten, wobei
nach den Schritten der Formgebung bei hoher Temperatur und des Trocknens
das anorganische Bindemittel zusammen mit den pflanzlichen Fasern
und dem feuerfesten Granulat verfestigt ist. Da die nach der Erfindung
eingesetzten Materialien natürliche
und leicht zugängliche pflanzliche Fasern
und Mineralien sind, erfüllt
das damit hergestellte feuerfeste Material alle Anforderungen hinsichtlich
des Umweltschutzes ohne die Herstellungskosten zu belasten.
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In 1 ist
das Ablaufdiagramm der Herstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen feuerfesten
Materials dargestellt. Als pflanzliche Faser wird hierbei Holzwolle verwendet
mit einer Länge
von 0,7 ∽ 6
mm und einer Dicke von 0,1 ∽ 0,6
mm, wobei diese die streifenförmig
vorliegt. Nach einem Desinfektionsschritt beträgt im Allgemeinen die Länge von
Holzwolle 3 cm, wobei 5 ∽ 17
cm bevorzugt werden. Als feuerfestes Granulat wird gewöhnliches,
auf dem Markt erhältliches
Silikat verwendet, wobei der Durchmesser des Granulats nach einem
Siebschritt zwischen 4 μm
6 mm liegt. Als anorganisches Bindemittel wird auf dem Markt erhältlicher
Portlandzement verwendet, wobei diese Materialien gleichmäßig mit
den folgenden Anteilen ( in Gewichtsprozent ) vermischt werden:
- (1) : Pflanzliche Fasern : 15% ∽ 30%
- (2) : Feuerfestes Granulat : 10% ∽ 35%
- (3) : Anorganisches Bindemittel : 45% ∽ 70%
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Diesem Gemisch wird Wasser mit einem
Anteil von 40 ∽ 60
Gewichtsprozent zugegeben und alles vermischt. Das anorganische
Bindemittel, das feuerfeste Granulat und die pflanzlichen Fasern
müssen
miteinander vermengt sein und das anorganische Bindemittel und das
feuerfeste Granulat müssen
zwischen die pflanzlichen Fasern eindringen und deren Oberfläche bedecken.
Danach wird das Gemisch in eine Form vorgegebener Gestalt und Abmessung
eingefüllt.
Das erfindungsgemäße feuerfeste
Material entsteht anschließend
während
eines Schrittes der Formgebung mit hohem Druck und eines Schrittes
des Trocknens.
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Wie 1 weiter
erkennen lässt,
sieht das Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung eine Beschleunigung der Schritte des Formgebens
und des Trocknens des das anorganische Bindemittel enthaltenden
Materials durch die Zugabe eines geeigneten Anteils (in Gewichtsprnzent)
eines Härtungsmittels vor,
um so die Zeit für
die Herstellung zu verkürzen.
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Im Folgenden wird auf 2 Bezug genommen. Nach der
Herstellung des feuerfesten Materials ist das Granulat in diesem
gleichmäßig mit
dem anorganischen Bindemittel vermischt und zwischen die pflanzlichen
Fasern eingedrungen, wobei auch deren Oberfläche bedeckt ist. Wie bereits
ausgeführt
weist das poröse
feuerfeste Granulat von Haus aus eine hohe Feuerfestigkeit auf,
sodass auch die feuerfesten und wärmeisolierenden Eigenschaften
des anorganischen Bindemittels und der pflanzlichen Fasern wirksam
erhöht
werden, wodurch sie den hohen Temperaturen beim Brennen und Sintern
besser widerstehen können
als die herkömmlichen
Materialien für den
Wandaufbau. Außerdem
werden die pflanzlichen Fasern während
des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens miteinander verflochten
bei der Durchführung
des Mischens auf Grund ihrer streifenförmigen langen Fasergestalt
und da sie auch gleichmäßig mit
den anderen Stoffen vermischt werden, steigt ihre Festigkeit im
schließlich
erhaltenen Endmaterial für
die Wand. Selbst bei einem lang andauernden Brand mit hohen Temperaturen
bildet dieses Material keine Risse und zerfällt auch nicht zu Pulverform.
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Das gleichmäßige Vermischen mit dem anorganischen
Bindemittel der pflanzlichen Fasern und des porösen feuerfesten Materials wird
begünstigt durch
deren geringes Gewicht und die poröse, raue und grobe Oberfläche. Nach
den Schritten der Formgebung und des Trocknens weist das dadurch
erhaltene Material ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit
und damit Haltbarkeit auf.
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Als Beispiel wird ein aus dem feuerfesten Material
nach der Erfindung hergestellter Ziegel betrachtet, der 20 cm lang,
20 cm breit und 5 cm hoch ist und dessen Gewicht nur 0,9 kg beträgt, bei
einem Gehalt an Wasser von etwa 1,8%. Dieser Ziegel wurde in die
Seitenwand einer geschlossenen Verbrennungskammer eingesetzt, sodass
eine der Seitenwände
des Ziegels dem Inneren der Verbrennungskammer zugewandt war, während eine
andere Seitenwand der Außenseite
der Verbrennungskammer zugewandt war. Die Untersuchung der feuerfesten Eigenschaften
der Innenseite des Ziegels erfolgte nach den Vorgaben der unter
der Bezeichnung CNS 12514 und CNS 6532 bekannten
Verfahren. In der Verbrennungskammer wurde Diesel als Brennstoff verwendet,
wobei die Temperatur nach dem Verbrennen für 15 Minuten den Wert 725°C erreichte.
Die Kurve des Temperaturverlaufs ist in 3 dargestellt. Nach einem Brennvorgang
von drei Stunden war der Ziegel nach der Erfindung weder zerbrochen noch
zerfallen und wies auch keine Durchlässigkeit auf. Die auf der Außenseite
(das heißt
der Rückseite) gemessene
maximale Temperatur betrug nur 85°C, wobei
auch dieser Temperaturverlauf in 3 dargestellt
ist. Für
einen Ziegel, der nur 5 cm dick ist, stellen diese Eigenschaften
der Feuerfestigkeit und der Wärmeisolierung
ausgezeichnete Werte dar, sodass ein derartiger Ziegel nicht vergleichbar
ist mit den aus dem herkömmlichen
Material gefertigten Ziegeln. Ferner gab der feuerfeste Ziegel keinerlei
giftige Gase ab während
des dreistündigen
Brennvorgangs; seine Druckfestigkeit, die mit dem unter der Bezeichnung
CNS 1010 bekannten Verfahren ermittelt wurde, betrug 151,75
kg/m2. Dies zeigt, dass der Ziegel auch
nach dem Brennvorgang noch eine ausgezeichnete Druckfestigkeit aufwies.