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Säuren- und laugenbeständige Mörtel- und Formmassen Die vorliegende
Erfindung betrifft säuren- und laugenbeständige Mörtel- und Fonnmassen auf der Basis
von anorganischen Füllstoffen und Wasserglas.
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Es sind schon säurebeständige Mauersteine unter Verwendung von Silikatmörteln
hergestellt worden. Diese Mörtel wurden für den Bau und die Auskleidung von Behältern,
Kaminen und Fußböden beispielsweise dort verwendet, wo oxydierende oder nicht oxydierende
Säuren oder Dämpfe hergestellt oder verwendet werden.
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Die Silikatmörtel werden gewöhnlich hergestellt, indem man eine flüssige
Lösung eines Silikats mit einem Molverhältnis Alkalioxyd zu Si02 (im folgenden abgekürzt
als Me20 : SiO2) von 1 : 1 bis 1 : 4 mit einem inerten Füllmaterial
und einem sauren Härtungsmittel vermischt. Gewöhnlich werden zuerst das inerte Füllmaterial
und das saure Härtungsmittel miteinander vermischt, und dieses feste Gemisch wird
dann, wenn der Mörtel hergestellt wird, mit Silikatlösung vermischt. Das saure Härtungsmittel
verursacht die Ausfüllung von amorphem SiO2, durch das das Füllmaterial zu einer
Mörtelmasse abgebunden wird.
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Aus der deutschen Patentschrift 62 270 sind erhärtende Massen
aus gemahlenem Quarz, gemahlener amorpher Kieselsäure (Kieselgur u. dgl.) und gemahlenem
Wasserglas bekannt, worin Quarz überwiegt. Um eine Ausscheidung von amorpher Kieselsäure
mit Sicherheit zu vermeiden, kann auch ein Metamonosilikat zugegeben werden. Aus
der deutschen Patentschrift 506 928 sind Kittmehle bekannt, die das Bindemittel
in fester Form enthalten, wobei aufgeschlossene, wasserhaltige, leicht lösliche
Silikate in fester Form mit Stoffen vermischt werden, welche mit Alkali stark reagieren.
Als solcher Stoff ist Natriumsiliciumfluorid genannt. Die Kittmehle können auch
Füllstoffen, wie Quarzsand-, Flintstein- und ähnliche Mischungen, wie sie bei den
bekannten Wasserglaskitten verwendet werden, zugemischt sein.
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Aus der britischen Patentschrift 596 341 ist eine feuerfeste
Masse zur Herstellung von Mörteln, Zementen u. dgl. bekannt, die aus einer festen
gepulverten oder gekörnten Substanz besteht, die unter der Einwirkung von Wärme
Wasser abgibt und ohne Zugabe von Wasser ein selbsttemperndes und härtendes Produkt
ergibt, wobei als wasserabgebende Substanz Natriummetasilikat, das Kristallwasser
enthält, genannt ist.
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Aus der schweizerischen Patentschrift 255 658
ist ein Baustoff
bekannt, der aus einem Bindemittel aus einem Brei aus je 2 Volumteilen Kaliumsilikatlösung
und Kieselgur besteht, dem 3 Volumteile Füllmaterial beigemischt sind.
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Aus der deutschen Patentschrift 862 725 ist ein Mörtel für
Silikatsteine und andere feuerfeste Steine auf Kieselsäuregrundlage bekannt, der
aus einem geeigneten kieselsauren Grundstoff wie Klebsand oder Sand besteht, dem
an Stelle der neben Ton einige, mindestens 3 Gewichtsprozent, bezogen auf
die Trockenmasse, eines Quarz- oder Quarzitschlammes beigernischt sind, der durch
nasse Feinstmahlung und anschließendes längeres Lagern (Mauken) gewonnen ist.
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Obwohl diese bekannten Silikatmörtel für gewisse Zwecke ausgezeichnet
geeignet, sind, haben sie auch schwerwiegende Nachteile. Beispielsweise zersetzen
sich die Alkalifluorsilikate, die eine der bevorzugten Arten von sauren Härtungsmitteln
für diese Silikatmörtel darstellen, wenn der Mörtel starken Säuren, wie konzentrierter
Schwefelsäure, ausgesetzt wird, wobei Fluorwasserstoffsäure gebildet wird, die das
aus Si02 bestehende Grundmaterial des Mörtels und den damit abgebundenen Mauerstein
angreift, wodurch gelegentliches Unbrauchbarwerden des Gefüges verursacht werden
kann.
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Aber auch wenn. ein anderes saures Härtungsmittel als Fluorsilikat
verwendet wird und die
verwendete Silikatlösung eine Lösung von
Natriumsilikat ist, ist der Mörtel nicht befriedigend, wenn er mit heißer Schwefelsäure
in Berührung kommt. Die heiße Schwefelsäure reagiert mit dem im Mörtel anwesenden
Natrium unter Bildung von Natriumsulfat, das auf Grund der anschließenden Hydratisierung
die Bildung von Sprüngen, ein Absplittern und gelegentlich vollständiges Zusammenbrechen
des zuvor säurebeständigen Silikatmörtels verursacht. Das ist besonders unangenehm,
wenn mit Schwefelsäure bei Rückflußbedingungen gearbeitet wird, wie in Behältern
zum Konzentrieren von Schwefelsäure.
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Ein weiterer Nachteil derzeit verfügbarer Silikatmörtelmassen besteht
darin, daß es, um sie säurefest zu machen, erforderlich ist, die frei liegenden
Flächen des Silikatmörtels nach dem Aushärten mit Säuren, wie Salzsäure oder Schwefelsäure,
zu waschen. Es liegt auf der Hand, daß ein solches Waschen unbequem, kostspielig
und zeitraubend ist.
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Es wurden nun säuren- und laugenbeständige Mörtel- und Formmassen
auf der Basis von anorganischen Füllstoffen und Wasserglas gefunden, die dadurch
gekennzeichnet sind, daß sie aus einer Mischung von 85 bis 99,8 Gewichtsprozent
Füllstoffen und 0,2 bis 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1 bis
5 Gewichtsprozent, festem Wasserglas, vorzugsweise Natriumsilikat, mit einem
Verhältnis von Me20 : Si02 von 1 : 1 bis 1 : 4,2, vorzugsweise
1 : 1,4 bis 1 : 2,5, worin Me ein Alkalimetall, vorzugsweise Natrium
darstellt, der zusätzlich Kieselsäuresol mit einem Gehalt an SiOe von mindestens
10 bis etwa 45 Gewichtsprozent zugesetzt ist, besteht, wobei das Verhältnis
von Feststoffmischung zu Sol 0,5 bis 6 beträgt.
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Diese Massen weisen nicht die obenerwähnten Nachteile der bekannten
Silikatmörtel auf, was auf die Anwesenheit des Kieselsäuresols, d. h. einer
kolloidalen flüssigen Suspension von im wesentlichen reinem Siliciundioxyd zurückzuführen
ist.
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Die erfindungsgemäßen Mörtel sind bei äquivalenten Füllstoffen beträchtlich
widerstandsfähiger gegen Alkalien als bisher bekannte Silikatmörtel. Diese Widerstandsfähigkeit
ist unerwartet und überraschend, da die im Handel verfügbaren Silikatmörtel gegen
Alkalien relativ wenig beständig sind, was im allgemeinen ihrem hohen Si02-Gehalt
zugesprochen wird. Der Grund für die bessere Widerstandsfähigkeit der Mörtel der
vorliegenden Erfindung, die aus fast reinem Si02 bestehen können, ist nicht bekannt.
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Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen säureünd laugenbeständigen
Mörtel- und Forrnmassen kann jedes Kieselsäuresol verwendet werden, das eine Si02-Konzentration
von wenigstens 10% besitzt. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung von Kieselsäuresolen
mit viel geringerem SA-Gehalt gewöhnlich Mörtelmassen mit schlechter Zugfestigkeit
erhalten werden. Es können zwar Mörtel mit ausgezeichneter Zugfestigkeit erhalten
werden, wenn Sole mit einem Si02-Gehalt von viel weniger als 20% verwendet werden,
jedoch werden, um zu große Schrumpfung zu vermeiden, gewöhnlich vorzugsweise Sole
mit einem Kieselsäuregehalt von 20% oder darüber verwendet. Die obere Grenze für
den Kieselsäuregehalt ist nicht wesentlich, jedoch ist es ziemlich schwierig, ein
Kieselsäuresol mit einem Si02-Gehalt von viel mehr als 45% Si02 herzustellen.
I Kolloidale Kieselsäuresole, die die obigen Bedingungen erfüllen, können
nach jeder der dafür bekannten Methoden hergestellt werden. Zum Beispiel werden
Sole durch Repeptisieren von Kieselsäuregelen, durch Dialyse oder mittels lonenaustauschharzen
hergestellt. Die Art, wie die Sole hergestellt werden, hat nur wenig Einfluß auf
die Festigkeit des fertigen Mörtels.
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Ein Beispiel für ein verwendbares Sel ist eine von der Firma
E. I. du Pont de Nemours & Co. in den Handel gebrachte 30%ige
kolloidale Lösung von KieseMure mit einer Teilchengröße unter 0,025 #t.
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Der SiOv-Gehalt dieser Sole liegt im allgemeinen zwischen 20 und 35%.
Sie enthalten im allgemeinen weniger als 0,6% anderes Material, das gewöhnlich zur
Stabilisierung des Sols dient.
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Die für die erfindungsgemäßen säuren- und laugenbeständigen Kitt-
und Mörtelmassen verwendeten Wassergläser dienen nicht nur zur Härtung der Mörtel,
sondern haben offensichtlich auch beträchtlichen Einfluß auf ihre Festigkeit. Eine
Mörtelmasse kann erhalten werden, indem man eine Mischung aus dem Kieselsäuresol
und einem Füllstoff, wie körnigern Si02 allein, herstellt, und den so hergestellten
Mörtel 8 bis 24 Stunden bei Zimmertemperatur stehenläßt oder wenn man ihn
etwa 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 60'C
hält. Solche Mörtel härten
jedoch nur durch Dehydratation. Sie sind weder hinsichtlich der Arbeitsbedingungen
so zufriedenstellend noch sind sie so fest wie Mörtel, die unter Verwendung der
Wasserglashärter erhalten werden. Beispielsweise haben Silikatmörtel, die ohne Härter
hergestellt sind, einschließlich den bei hohen Temperaturen erhärteten Mörteln nach
7 Tagen eine Zugfestigkeit von etwa 3,5 kg(CM2 und eine Druckfestigkeit
von etwa 77 kg(crn2, während ein mit einem gleichen Gernisch, jedoch unter
Einschluß einer geringen Menge an im wesentlichen wasserfreiem Natronwasserglas
(Na20 : Si02 = 1 : 3,3), hergestellter Mörtel nach der gleichen Zeit
eine Zugfestigkeit von etwa 28 kg/cm2 und eine Druckfestigkeit von etwa 245
kg(CM2 hatte. Es kann jedes Alkaliwasserglas als Härter verwendet werden. Jedoch
werden die festesten Mörtel erhalten, wenn das Wasserglas ein Natronwasserglas ist.
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Das Verhältnis von Alkalirnetalloxyd zu SiC# in dem Alkalisilikathärter
soll in dem Bereich von 1 : 1 bis 1 : 4,2 liegen. Jedoch wurde festgestellt,
daß insbesondere bei Verwendung von Natronwasserglas als Härter Mörtel mit maximaler
Festigkeit erhalten werden, wenn das Verhältnis Na20 : Si02 in dem Bereich
von 1 : 1,4 bis 1 : 2,3
liegt.
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Der Härter wird vorzugsweise in Form einer amorphen Substanz verwendet.
Jedoch wurde festgestellt, daß auch kristalline Verbindungen mit einem Verhältnis
Me#O
: Si02 in dem oben angegebenen Bereich wirksam sind und für die erfindungsgemäßen
Massen verwendet werden können. Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist kristallines
Natriumdisilikat (Na20
: SiG2
= 1 : 2). Der Einfluß des Verhältnisses
von AlkaHmetall zu Si02 in dem Alkalisilikat auf die Zugfestigkeit des Mörtels ist
aus Tabelle I ersichtlich. Alle in dieser Tabelle angegebenen Mörtelproben wurden
in gleicher Weise unter Verwendung eines 30%igen Kieselsäuresols
der
Firma
da Pont de Nemours und eines Füllstoffs aus 76% Quarzpulver, 1611/o
Quarzsand und 5111o Ton, vermischt mit 3% des angegebenen Härters, hergestellt.
Das Verhältnis von Pulver zu'Flüssigkeit in dem Mörtel war 3,4.
| Tabelle I |
| Molverhältnis Me20: Si02 Zugfestigkeit kg/crn2 |
| im Alkatisilikathärter 7 Tage Härtung 14 Tage Härtung |
| Na20: Si02 1 1,33 17,29 |
| Na20 Si0? 1 1,52 28,00 49,77 |
| Na20 Si02 1 1,62 30,66 36,40 |
| Na20 SiQ 1 1,70 31,29 46,41 |
| Na20: Si02 1 1,85 39,48 |
| Na?,0 Si02 1 2,0 31,92 37,10 |
| Na20 Si02 1 3,32 20,02 25,62 |
| Na20: SiO?, 1 4,22 16,24 18,55 |
| Na20 : Si02 1 3,91 21,35 23,59 |
Obwohl offensichtlich jede Körnung von Füllstoffen verwendet werden kann, bestehen
die FÜ.11-stoffe vorzugsweise vorwiegend aus einem Material mit ziemlich kleiner
Teilchengröße. Material, das so grob ist wie Seesand (Teilchengröße
0,26
mm, entsprechend DIN-Sieb Nr. 24) kann in Mengen bis zu etwa 75% der Gesamtmenge
verwendet werden, jedoch sollen wenigstens 25% des Füllstoffes, vorzugsweise jedoch
mehr, eine Teilchengröße von
0, 127 mm (DIN-Sieb Nr.
50) haben. Beispielsweise
besaß ein Mörtel, der vollständig mit Sand einer Teilchengröße von
0,26 mm
(DIN-Sieb Nr. 24) hergestellt war, eine Zugfestigkeit von nur
6,3 kg(cm2,
während ein gleicher Mörtel, der nur Material mit einer Teilchengröße von weniger
als 0,044 mm enthielt, eine Zugfestigkeit von 49,63 kg/cm' besaß. Die Mörtel mit
der größten Zugfestigkeit werden erhalten, wenn Gemische von grobem und feinem Material
verwendet werden, in denen das feine Material 75 bis 100% der Gesamtmenge ausmacht.
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Durch Zugabe einer geringen Menge an einem tonartigen Material wird
eine verbesserte Verarbeitbarkeit erzielt. Durch solche Materialien wird die Plastizität
verbessert, und es werden weniger Blasen gebildet. Beispiele für diese Materialien
sind unter anderem die verschiedenen Tonnünerale und Diatomeenerde. Kaolinit
(A1203 - 2 Si02 - 2 1-hO) eignet sich besonders gut. Das tonartige
Material soll in einer Menge von nicht mehr als etwa 20 Gewichtsprozent- der gesamten
Füllstoffe vorliegen, da größere Mengen eine zu große Schwindung verursachen. Vorzugsweise
sollen Mengen von etwa 3 bis 10% verwendet werden.
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In Tabelle II sind verschiedene Materialien angegeben, die als Füllstoffe
verwendet werden können. Aus dieser Tabelle sind die Zugfestigk(#iten von Mörtel-
und Formmassen ersichtlich, die mit verschiedenen Füllstoffen hergestellt sind.
Um einen Vergleich zu ermöglichen, waren alle diese Mörtel mit einem Kieselsäuresol
der Firma E. I. du Pont de Nemours, das 30% Si02 enthielt, und einem Natriumsilikathärter
(Na20 : SiO# = 1 : 2) in einer Menge von 5% hergestellt. Das Verhältnis
von Pulver zu Flüssigkeit im Mörtel wechselte, wie aus der Tabelle hervorgeht. Alle
Mörtel enthielten 5,40/9 Kaolinit. Die Teilchdrigröße aller Füllstoffe betrug etwa
0,044 -mm.
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Tabelle II Gehalt an festem Wasserglas: 5%.
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Verhältnis von festem Wasserglas zu flüssigem Kieselsäuresol: wechselnd
(vgl. Spalte 2)
| Verhältnis |
| festes Zugfestigkeit kg(CM2 |
| Füllstoff Wasserglas |
| zu flüssigem 7 Tage 14 Tage |
| Kiewlsäw-Lwl Härtung HärWng |
| Si02 (Sand) ........ 3,4 37,73 88,62 |
| Beryll ............. 3,58 53,32 127,40 |
| Mullit ............. 3,45 61,18 111,51 |
| Feldspat ........... 2,84 56,77 52,71 |
| Olivinmehl ......... 2,56 36,40 49,00 |
| Zircon ............. 6,0 24,36 38,22 |
| Wollastonit ........ 2,37 44,45 36,05 |
| Asbest (zerkleinert) 0,57 -32,55 33,39 |
| Nephelin Syenit ..... 3,07 37,31 30,24 |
| Amblygonit ........ 3,8 60,41 84,70 |
| Flußspat ........... 4,39 46,62 52,57 |
| Aluminiumoxyd .... 2,8 49,35 66,99 |
| Siliciumearbid ...... 1,74 35,84 42,42 |
| Roter Lehm ....... ; 1,97 20,02 22,89 |
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen langen-und säurebeständigen Mörtel- und
Formmassen kann das Kieselsäuresol direkt mit den Füllstoffen vermischt und dann
das Härtungsmittel, also das feste Wasserglas, zugesetzt werden, oder das Härtungsmittel
kann mit den Füllstoffen vermischt werden und dieses Gemisch dann mit dem Kieselsäuresol
zur Herstellung des Mörtels vermischt werden. Letztere Methode wird für die meisten
technischen Anwendungen bevorzugt.
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Einer der besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Mörtel- und Formmassen
besteht in einem so geringen Gehalt der fertigen Mörtel an Alkalioxyd, daß sie sich
für eine Verwendung bei erhöhter Temperatur beträchtlich besser eignen als die gewöhnlichen
Silikatmörtel, die wegen des Vorliegens beträchtlicher Mengen an Alkalimetallverbindungen
schlecht geeignet sind. Die erfindungsgemäßen Mörtel können gewünschtenfalls nur
einige hundertstel Gewichtsprozent Alkalimetalloxyd enthalten, und der Gehalt muß
selbst in den festesten Mörteln nicht größer als 1 oder 2% sein. Man kann
beispielsweise einen erfindungsgemäßen Mörtel mit einem Gehalt von weniger als
1 % Alkahoxyd herstellen, während der Rest des Mörtels aus reinem Si02 bestehen
kann. Dafür kann man Quarz und ein Kieselsäuresol mit einem Alkalisilikat härten,
das z. B. ein Verhältnis Na?0 : Si02 von etwa 1 : 3 besitzt und in
einer Menge von etwa 2 Gewichtsprozent des Füllstoffes verwendet wird. Der berechnete
Gehalt des fertigen Mörtels an Na20 soll bei etwa 0,4% liegen. Mörtel mit derart
hohen Gehalten an reinem Si02 sind für manche Anwendungen, wie als hitzebeständige
Materialien oder Isolatoren oder korrosionsbeständige Auskleidungen, sehr wertvoll.
Es
hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäße Mörtel-und Formmassen bei Verwendung als
hitzebeständiges Material beträchtlich verbesserte mechanische Festigkeit aufweisen,
nachdem sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt waren. Ein typischer Mörtel hatte vor
der Hitzebehandlung eine Zugfestigkeit von 32,76 kg/CM2, nach 24stündiger
Behandlung bei 1050'C eine solche von 42,70 kg/CM2.
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Das Verhältnis von festem Wasserglas zu flüssigem Kieselsäuresol kann
innerhalb weiter Grenzen sthwanken und hängt hauptsächlich von der Porosität des
verwendeten Füllstoffes und außerdem von der Konsistenz des gewünschten Mörtels
ab. Der weite Bereich ist der Tabelle II zu entnehmen, er reicht von 0,5
für den sehr porösen Asbest bis zu 6 für das sehr dichte Zirkon. Wenn, wie
es meist der Fall ist, als Füllstoff hauptsächlich Quarzmehl verwendet wird, liegt
das Verhältnis von festem Wasserglas zu flüssigem Kieselsäuresol vorzugsweise im
Bereich von etwa 3,1 bis 3,7.
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Die außerordentlich große Zugfestigkeit einiger erfindungsgemäßer
Mörtel- und Formmassen ist aus Tabelle
111 ersichtlich.
| Tabelle 111 |
| Füllstoff Natriumsilikat Kaolinit Teile Feststoff Zugfestigkeit |
| Gewichtsprozent Gewichts- Na20 zu Gewichts- zu Teile Kieselsäurml |
| prozent si02 prozent (301/(,ig) kg/Crn2 |
| 74% Quarzmehl (0, 13 mm) ........... 5 1
2 5 3,4 91,5 |
| 16% Quarzsand ..................... 1 |
| desgl . ......................... 5 1 2
5 3,4 89 |
| desgl . ......................... 5 1 1,7
5 3,4 101 |
| desgl . ......................... 5 1 1,7 5 3,4
131 |
| desgl . ......................... 5 1 1,7 5 3,4
107 |
| desgl . ......................... 10 1 2 - 3,4
95 |
| Beryll (0,044 mm) .................... 5 1 2
5 3,58 127,5 |
| Mullit (0,044 mm) .................... 5 1 2
5 3,45 111,5 |
| Feldspat (0,044 mm) ................. 5 1 2
5 2,84 57 |
| Amblygonit (0,044 mm) .............. 5 1 2
5 3,8 85 |
| Aluminiumoxyd (0,044 mm) .......... 5 1 2
5 2,8 67 |
| Topas (0,044 mm) ................... 5 1 2
5 5 59 |
| Kalkstein (0,044 mm) ................ 5 1 2
5 2,8 49 |
| Pyrexglas (0,044 mm) ................ 5 1 2
5 3,0 42,5 |
Ein Mörtel soll verhältnismäßig lange Zeit verarbeitbar bleiben, jedoch in verhältnismäßig
kurzer Zeit nach seiner Verwendung erhärten. Dadurch steht beim Verarbeiten des
Mörtels reichlich Zeit zur Verfügung, während er nach der Verwendung rasch erhärtet
und die Ziegel oder anderen Bauteile an ihrer Stelle hält. Die »Verarbeitungszeit«
ist nach allgemeiner Definition die Zeit von der Herstellung des Mörtels bis zu
der Zeit, wo er flür eine Verarbeitung mit der Maurerkelle zu schwer wird, während
die »Härtungszeit« die zum Erhärten des Mörtels zu einer undurchlässigen Masse erforderliche
Zeit ist. Allgemein soll die Verarbeitungszeit mehr als 20 Minuten und die Härtungszeit
nicht viel mehr als
3 Stunden betragen. Für besondere Zwecke können jedoch
eine längere oder kürzere Verarbeitungszeit und/oder Härtungszeit erwünscht sein.
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Die Verarbeitungs- und Härtungszeit kann abgeändert werden, indem
man verschiedene Konzentrationen an Alkalisilikaten verwendet oder indem man Alkalisilikate
mit verschiedenen Löslichkeiten verwendet. Jedoch werden durch eine dieser Arbeitsweisen
gleichzeitig sowohl die Verarbeitungs- als auch die Härtungszeit der Mörtelmasse
geändert. Das heißt, wenn durch Variieren des Härtungsmittels die Härtungszeit des
Mörtels herabgesetzt wird, so wird auch seine Verarbeitungszeit herabgesetzt. Infolgedessen
kann es vorkommen, daß für die Verarbeitung des Mörtels nur eine sehr kurze Zeit
zur Verfügung steht.
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Es wurde jedoch auch gefunden, daß durch Verwendung mehrerer Alkalisilikate
mit unterschiedlichen Löslichkeiten oder unterschiedlichen Einflüssen auf Härtungsgeschwindigkeit
in einer einzigen Mörtelmasse bei den erfindungsgemäßen Mörtel-und Formmassen zufriedenstellende
Verarbeitungs-und Härtungszeiten erzielt werden können. Das bevorzugte Härtungsmittel
besteht daher aus einer Kombination von verschiedenen Alkalisilikaten. Der Härter
mit der größten Löslichkeit muß insofern die gewünschten Eigenschaften haben, als
damit eine zufriedenstellende Verarbeitungszeit erzielt werden kann. Mit diesem
Härter werden eines oder mehrere andere Alkalisilikate geringerer Auflösungsgeschwindigkeit
vermischt, die so ausgewählt werden, daß gegen Ende der Verarbeitungszeit oder kurz
danach ausreichende Mengen gelöst sind, daß zusammen mit der Wirkung des anderen
Härters bzw. der anderen Härter eine schnelle Härtung verursacht wird. Das Abgleichen
der Härtungsmittel wird am besten durch die folgende Tabelle veranschaulicht, worin
Alkalisilikate als Härtungsmittel, Quarzmehl als Füllstoff und ein 30%iges Kieselsäuresol
der Firma
E. 1. du Pont de Nernours als Sol in Mengen von
1 Teil Sol
je 3,4 Teile Füllstoff, der das Härtungsmittel enthielt, verwendet wurden.
(Alle Prüfungen wurden nach- ASTM-Methoden [bei 2f'C] durchgeführt. Das »Härten«
ergibt definitionsgemäß eine solche Härte, daß eine Vicat-Nadel in
10 Minuten
weniger als 2 mm eindringt.) Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, daß durch Variieren
der relativen Mengen an langsam und schnell härtenden Mitteln Mörtel- und Formmassen
mit sowohl ausgezeichneten Verarbeitungs- als auch ausgezeichneten Härtungszeiten
erhalten werden können. Für die in der Tabelle angegebenen Härtungsmittel ist das
bevorzugte Verhältnis von schnellem zu langsamem Härtungsmittel gleich
1 bis
5.
Jedoch ist der Tabelle weiterhin zu entnehmen, daß dieses
Verhältnis mit der Löslichkeit der verschiedenen Härtungsmittel, die zusammen verwendet
werden können, variiert.
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Die Auflösungsgeschwindigkeit der Härtungsmittelkombinationen kann
bis zu einem gewissen Grade auch durch Variieren der Teilchengröße der Wassergläser
variiert werden. So kann eine Härtungszusammensetzung, die eine zuftiedenstellende
Verarbeitungs- und Härtungszeit ergibt, erhalten werden, wenn man ein einziges Wasserglas
verwendet, das zum Teil äußerst fein verteilt ist, so daß es sich rasch auflöst,
während der Rest aus großen Teilchen besteht, so daß er langsamer löslich ist.
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Die bevorzugte Härtungszusammensetzung ist ein Silikatgemisch aus
etwa 2 Gewichtsteilen eines Silikats mit einem Verhältnis Si02 : Me20
= 3,3 und etwa 1 Gewichtsteil eines Silikals mit einem Verhältnis
Si02 : Me2 = 2,0. Dieses Gemisch ergibt eine ausgezeichnete Verarbeitungs-
und Härtezeit. Die Verarbeitungszeit ist etwa 1 Stunde und die Härtungszeit
etwa 3 Stunden, wenn 3 Gewichtsteile dieses Wasserglases mit
97 Gewichtsteilen Füllstoffen vermischt und das so erhaltene feste Gemisch
mit einem etwa 30%igen Kieselsäuresol vermischt wird.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.
Beispiel 1
Aus 3% gepulvertem Kaliumsilikat (Si02 : K20 =3,96) und
97% Quarz als Füllstoff wurde ein trockenes Mörtelmehl hergestellt. Der Quarz war
ein Gemisch von 78% Quarzpulver von 0,13mm (DIN-Sieb Nr. 50), 17% Sand und 5% Ton.
Aus 3,4Teilen dieses Mehls und einem Teil 30,5%igem Kieselsäuresol wurde ein Mörtel
hergestellt. Der Mörtel hatte eine ausgezeichnete Konsistenz, d. h., er war
glatt und leicht verarbeitbar. Von diesem Mörtel wurden Teile auf ihre Verarbeitungszeit,
Härtungszeit, Säure- und Alkafibeständigkeit und Hitzebeständigkeit geprüft. Der
Rest wurde zum Vermörteln von Mauersteinen verwendet. Die Verarbeitungszeit des
Mörtels betrug 70 Minuten und die Härtungszeit 3,1 Stunden. Der Mörtel
war nach der Aushärtung dicht, weiß und nicht porös. Er hatte ausgezeichnete Beständigkeit
gegen starke Säuren, wofür er nicht zunächst mit Säure gewaschen werden mußte, und
blieb bei 16stündiger Einwirkung von siedendern verdünntein Alkali unverändert.
Beispiel 2 74Gewichtsprozent Quarzpulver von 0,13mm (DIN-Sieb Nr.50), 16% Sand,
5% Ton und 5% einer feinverteilten hydratisierten Form von reinem SiOp wurden mit
3 Gewichtsprozent eines Härtungsmittels aus 2 Teilen wasserfreiem Natriumsilikat
(SiO# : Na20 = 3,3) und 1 Teil wasserfreiem Natriumsilikat
(SA : Na20 = 2,0) vermischt. Dieses trockene Gemisch wurde dann unter Verwendung
von 1 Teil 30%igem Kieselsäuresol (E. 1. du Pont de Nemours &
Co.) j e- 3,4 Teile des Gemisches zu einem Mörtel verarbeitet. Durch das
Einarbeiten des feinverteilten hydratisierten reinen Si02 wurde ein Mörtel mit verbesserter
Verarbeitbarkeit erzielt, mit dem die Mauersteine leichter bestrichen werden konnten.
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Manchmal sollen geformte Teile oder Gegenstände und nicht eine plastische
Mörtehnasse hergestellt werden. Wenn man solche Teile ohne Brennen herstellen
will, können die erfindungsgemäßen Mörtel-und Formmassen gut verwendet werden. In
solchen Fällen wird manchmal vorzugsweise nur so viel Kieselsäuresol mit dem körnigen
Si02- und Härtungsmittelgerrtisch vermischt, daß das erhaltene Gemisch so feucht
ist, daß es in einer geeigneten Form durch Pressen verformt werden kann. In diesem
Fall liegen die Verhältnisse von Pulver zu Flüssigkeit entsprechend höher, und zwar
in der Größenordnung von 4 bis 6.
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Die aus den erfindungsgemäßen Massen hergestellten geformten Erzeugnisse
müssen zwar nicht, wie z. B. keramische Ziegel, gebrannt werden, doch können sie
bei ausreichend hohen Temperaturen für Gebrauchs- oder Verschönerungszwecke durch
Sintern, Glasieren oder sogar Schmelzen modifiziert werden. Solche geformten Erzeugnisse
sind als Bauteile, elektrische Isolatoren oder Behälter für korrodierende Chemikalien
geeignet.