DE1771497B2

DE1771497B2 - Verfahren zur Herstellung von Gipsbauteilen aus alpha-Halbhydrat

Info

Publication number: DE1771497B2
Application number: DE19681771497
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6700 Ludwigshafen Bayer; Egon Dipl.-Chem. Dr. Cherdron; Fritz Faessle; Manfred Dipl.-Chem. Dr. 6701 Neuhofen Haerter
Original assignee: Gebr Giulini 6700 Ludwigshafen GmbH
Current assignee: Gebr Giulini 6700 Ludwigshafen GmbH
Priority date: 1968-05-31
Filing date: 1968-05-31
Publication date: 1975-07-03
Also published as: BE728279A; FR2009706A1; NL6908157A; DE1771497A1

Description

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Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gipsbauteikn mit hohen mechanischen Festigkeiten durch hydrother-Inalc Umkristallisation von Calciumsulfat-Dihydral in feinkristallines A-Calciumsulfat-Halbhydrat im 4" Autoklav, durch Vermischen des λ-Halbliydrates mit Wasser und durch Eingießen der so hergestellten Mischung in Formen.

Zur Herstellung von Gipsteilen wird üblicherweise tin auf trockenem Weg gebranntes ,»-Calciumsulfat-Halbhydrat eingesetzt. Die gebrannten Gipse werden beispielsweise in indirekt beheizten Kesseln oder in direkt oder indirekt beheizten Drehrohrofen aus zerkleinertem Rohgipsgestein hergestellt.

Ebenso verwendet man für die Herstellung von Cipsfertiglcilen Produkte, die nach dem Mahlbrenn-Verfahren erzeugt wurden, da diese /i-Calciumsulfat-Halbhydrate im Vergleich zu den vorher genannten Halbhydraten weitaus schnellere Abbindezeiten aufweisen. Dies führt in der Praxis der Gipsfertigteilfcerstellung zu einer wesentlich besseren Auslastung tfer Gipsformen und damit zu einer wirtschaftlicheren Produktion der Fertigteile. Das Anmischein der Gicßmassen für Gipsbauteile geschieht gewöhnlich in einem Mischgefäß, das mit einem Rührer ausgestattet ist und in dem Gips und Wasser in einem bestimmten Mengenverhältnis miteinander vermengt und so lange gerührt werden, bis eine sämige Konsistenz des Gipsbreies erreicht ist. Dieses Rühren der Gips-Wasscr-Mischung bis zum Erreichen der sämigen Konsistenz ist deshalb erforderlich, damit gröbere Gipspartikeln in der ersten Phase nach dem Vermischen mit Wasser nicht sedimentieren können, da dies zu Inhomogenitäten im fertigen Gipsbauteil führen würde. Die Zeit, die bis zum Erreichen der sämigen Konsistenz benötigt wird, hängt von der verwendeten Gipssorte ab und korrespondiert mit der jeweiligen Abbindezeit, d. h., Gipse mit einer längeren Abbindezeit, wie z. B. die Kessel- oder Drehrohrofen-Gipse, benötigen zum Erreichen der sämigen Konsistenz längere Zeit als die sogenannten Mühlengipse, die nach dem Mahlbrennverfahren hergt_-_:it werden. Sobald die sämige Konsistenz erreicht ist, wird der Gipsbrei in die Formen abgelassen, uod zum Entformen wird so lange gewartet, bis die Masse hinreichend erstarrt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Hydratation des /i-Calciumsulfat-Halbhydrates zu Calciumsulfatdihydrat weitgehend, aber noch nicht vollständig erfolgt. Man läßt die hergestellten Gipsbauteile daher meist noch eine gewisse Zeit stehen, bevor sie getrocknet werden, oder man sorgt, wie im Falle der Gipskartonplatte, für eine entsprechende Verweildauer auf dem Fertigungsband. Vielfach kann auch eine Trocknung entfallen, wenn sie für den angestrebten Verwendungszweck nicht erforderlich ist.

Die Festigkeit der auf diese Weise hergestellten Gipsfertigteüe werden einerseits durch die Qualität des verwendeten /i-Calciumsulfat-Halbhydrates und andererseits durch das Gips-Wasser-Verhältnis beim Ansetzen des Gipsbreies bestimmt. Die Qualität der Gipse richtet sich nach den für das betreffende Land gültigen Nonnen, ebenso wie die Qualität und Rohdichte der hergestellten Gipsbauteile. In Deutschland ist beispielsweise für die Herstellung von Baugipsen die DlN 116P maßgebend, nach der gebrannte Gipse eine Biegezugfestigkeit von mindestens 25 kp/cm² und eine Druckfestigkeit von 60 kp.'cm² bei maximal möglicher Einstreumenge besitzen müssen.

Für die Herstellung von Gipsbauteilen, z. B. von Wandbauplatten aus Gips, sind die Anforderungen der DIN 18 163, für Deckenplatten die der DIN 18169 und für Gipskartonplatte!! die der DIN 18 180 maßgebend.

Die normalen Wandbauplatlen aus Gips werden mit einer Rohdichte von 0,9 gern³ hergestellt. Daneben werden auch leichtere Wandbauplatlen mit einem Raumgewicht von 0,7 g/cm³ und schwerere Wandbauplatten mit einem Raumgewicht von 1,2 gem³ gefertigt. Bei Deckenplatten und Gipskartonplatten darf ein bestimmtes Flächengewicht nicht überschritten werden. Andererseits werden jedoch auch gewisse Mindestfestigkeiten für die Gipsbauteile nach den DIN-Nonnen gefordert, z. B. im Falle der Zwischenwandplatten eine Bruchlast von mindestens 100 kp in der Plattenmitte.

Die handelsüblichen /i-Calciumsulfat-Halbhydrate liegen in ihrer maximal möglichen Einstreumenge so, daß Formkörper mit einem Raumgewicht von 1 bis 1,2 g/cm³ entstehen. Um also Gipsbauteile mit niedrigerem Raumgewicht herzustellen, müssen diese /i-Calciumsulfat-Halbhydrate mit einer niedrigeren Halbhydratmenge, d. h. mit einem höheren Wasser-Gips-Verhältnis, angesetzt werden, um auf das gewünschte Raumgewicht nach dem Trocknen zu kommen. Die Erniedrigung der Einstrei.menge führt jedoch zu einem Rückgang der Festigkeitswerte des Fertigteiles. Diese können jedoch nur so weit herabgesetzt werden, wie durch die Norm-Vorschriften toleriert wird. Andererseits wäre es jedoch oft wünschenswert, wenn die Fertigbauteile mit geringerem

Raumgewicht, aber gleich guten oder noch besseren mechanischen Eigenschaften hergestellt werden könnten und dabei gleichzeitig die Abmessungen der Fertigteile zur Einsparung von Arbeitszeit auf der Baustelle vergrößert werden könnten.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Herstellung leichter Bauteile aus /i-Calciumsulfat-Halbhydrat, Natur- oder Mineral- bzw. Glasfasern zuzusetzen, um auf diese Weise die notwendigen Festigkeiten zu erreichen. Meist jedoch werden durch diese Zusätze die Festigkeit nicht wesentlich verbessert, und außerdem steigen die Herstellungskosten oer Gipsfertigteile erheblich an.

Aus diesem Grunde wurde auch bereits vorgeschlagen, für die Herstellung von Gipsbaufertigteilen a-Calciumsulfai-Halbhydrat einzusetzen, das bekanntlich bessere mechanische Eigenschaften besitzt. Allerdings liegen die Einstreumengen des a-Calciumsulfat-Halbhydrats sehr hoch, bei 300 bis 350 g/100 g Wasser. Mit dieser Einstreumenge hergestellte Fertigteile besitzen nach dem Trocknen ein Raumgewicht von 1,6 bis 1,7 g/cm³. Werden diese >-Gipse für Gipsbauteile mit einer wesentlich niedrigeren Einstreumenge, z.B. 100g Gips auf 100g Wasser, wegep. des normgemäß gewünschten niedrigen Raumgewichtes des Fertigtcils eingesetzt, so sedimentieren die Gipspartikcln noch stärker als bei den /?-Calciumsulfat-Halbhydraten. Der Zusatz von leichten Füllstoffen, wie Schilf u. dgl., wurde in der deutschen Patentanmeldung T 5536 vorgeschlagen, um die Sedimentation zu verhindern und Gipsbauteile mit niedrigem Raumgewicht zu erhalten. Trotzdem entstehen bei dieser Arbeitsweise immer noch Inhomogenitäten im Fertigteil.

Die britische Patentschrift 10 80 025 schlägt vor, die Mischung von a-Halbhyd^rat und Wasser so lange zu rühren, bis der Brei durch die beginnende Abbindung genügend sämig geworden ist und eine Sedimentation nicht mehr stattfindet. Der Nachteil dabei ist, daß der Rührvorgang bei a-Calciumsulfat-Halbhydrat vor allem dann, wenn sehr niedere Gipsmengen eingestreut werden, sehr lange ausgedehnt werden muß, bis bereits ein großer Teil des Λ-Calciumsulfat-Halbhydrats zu Dihydrat hydratisiert ist, um die zum Vergießen in die Form erforderliche sämige Beschaffenheit zu cpxichcn.

Ein Nachteil dieser Maßnahme besteht darin, daß durch die Teilhydratation die Festigkeiten im erzeugten Gipsbauteil sehr stark herabgesetzt werden und die vorzüglichen Eigenschaften des \-Calciumsulfat-Halbhydrats nicht ausgenutzt weiden.

Es wurde weiterhin vorgeschlagen (FR-PS 14 39 582), a-Halbhydrat-Gips als Pulver auf eine Blaine-Feinheit von 1000 bis 6000 cm^ä/g zu mahlen, mit feinteiligem Kalk in einer Menge von 0,2 bis 10, vorzugsweise von 1 Gewichtsprozent, ausgedrückt in CaO, zu vermischen, dann in eine Wassermenge von 40 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die hergestellte Mischung, mehrere Sekunden lang zur Bildung eines homogenen Breies einzurühren und dem erhaltenen Gipsbrei dann vor dem Vergießen zu Gipsbauteilen eine nicht die stöchiometrische Menge (bezogen auf Kalk) übersteigende Menge Schwefelsäure hinzuzufügen. Es hat sich aber gezeigt, daß diese Behandlungsweise ebenfalls zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des eingesetzten ft-Calciumsulfat-Halbhydrats im erzeugten Gipsbauteil führt.

Es wurde nun ein Verfahren gefunden, das die Herstellung von Gipsbauteilen aus a-Calciumsulfat-Halbhydrat mit den gewünschten niedrigeren Raumgewichten ermöglicht, ohne daß die oben beschriebenen Nachteile in Kauf genommen oder Zurätze verwendet werden müssen. Das neue Verfahren basiert auf der hydrothermalen Erzeugung von a-Calciumsulfat-Halbhydrat aus CaSO₄ · 2 H₂O. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der hydrothermalen Umkristallisation ein a-Halbhydrat der mittleren Kristallgröße von 7 bis 15 μ durch periodische oder kontinuierliche Zugabe zusätzlicher Impf-• kristalle zum Reaktionsautoklav hergestellt wird, daß anschließend die Hauptmenge der Mutterlauge aus der hergestellten a-Halbhydrataufschlämmung abgetrennt und daß schließlich das a-Halbhydrat in noch feuchtem Zustand mit Wasser vermischt und zu Gipsplatten vergossen wird.

Die Korngröße der erfindungsgemäß hergestellten a-Caleiumsulfat-Halbhydrat-Kristalle wurde mit dem Fisher-Subsieve-Sizer-Gerät nach der Kozeny-Carmann-Methode bestimmt. Das entstehende feinkristalline λ-Calciumsulfat-Halbhydrat wird von der Hauptmenge der Mutterlauge getrennt und noch

as feucht mit der gewünschten Wa;sermenge vermischt, wobei unmittelbar ein sämiger, nicht sedimentierender Brei entsteht, und die Mischung sofort zur Fertigung der Gipsbauteile mit dem gewünschten Raumgewicht in Formen gegossen.

Die Steuerung des hydrothermalen Kristallisationsprozesses zur Herstellung eines -^-Calciumsulfat-Halbhydrats mit einer mittleren Korngröße zwischen 7 und 15 μ in Form von feinkristallinen, maximal 80 bis 150 μ langen Stäbchen wird durch periodische oder kontinuierliche Zugabe zusätzlicher Impfkristalle zum Reaktionsautoklav, in dem die Umkristallisation erfolgt, vorgenommen. Die Herstellung der zusätzlichen Impfkristalle außerhalb des eigentlichen Reaktionsautoklavs kann durch mechanische Zerkleinerung von "k-Calciumsulfat-Halbhydratkristallen erfolgen oder aber durch separate Erzeugung in einem zweiten Autoklav. Ebenso können fein vermahlene ß-Calciumsulfat-Halbhydrat-Impfkristalle Verwendung finden.

Werden die Maßnahmen periodisch durchgeführt, so erfolgen sie in Abständen von 5 bis 200 Minuten, vorzugsweise jedoch in Abständen von 60 bis 120 Minuten. Mittels der in dieser Erfindung beschriebenen Maßnahmen können Gipsbauteile unter Ausnutzung der hohen mechanischen Eigenschaftswerte von .Λ-Calciumsulfat-Halbhydrat mit Raumgewichten bis herunter auf 0,5 g/cm³ hergestellt werden, die immer noch normgerechte Festigkeiten aufweisen. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß \-Calciumsulfat-Halbhydrate mit einer mittleren Korngröße zwischen 7 und 15 μ optimale mechanische Festigkeiten bei Bauteilen mit niedrigen Raumgewichten zwischen 0,5 und 1,4 g/cm³ ergeben. Dabei können zur Verbesserung gewisser Eigenschaften, wie z. B.

der Elastizität, auch leichte Zuschlagstoffe, wie Blähton, Perlite, Styropor usw., oder auch faserförmige Stoffe, wie Cellulose, Papier oder Glas, zugesetzt werden.

Aus der nachfolgenden Tabelle ist ersichtlich, welche mechanischen Festigkeiten die hergestellten Gipsbauteile besitzen und in welcher Relation diese bei gleichem Raumgewicht zu /i-Halbhydrat-Produkten stehen.

Raumgewicht des Gipsbauteiles 0,5 0,6 0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

Biegezugfestigkeit, kp/cm² /J-Halbhydrat *-Halbhydrat	2 14	7 22	15 30	25 38	34 49	45 60	58 71
Druckfestigkeit, kp/cm² /?-Halbhydrat «-Halbhydrat	6 14	12 25	21 50	37 77	66 120	110 162	150 205
Einstreumengen, g Gips/100 g Wasser	50	60	75	90	108	125	135

Beispiel

In einen 10 m³ fassenden Autoklav aus V 4 A-Material werden kontinuierlich 1,8 m³/h einer wäßrigen Aufschlämmung von Calciumsulfat-Dihydrat mit einem Gehalt von 670 g Dihydrat pro Liter eingebracht. Die Umkristallisationstemperatur liegt bei 118° C, und der pH-Wert im Autoklav beträgt 2,5. Gleichzeitig werden 0,04 kg Carboxymethylcellulose als l°/oige Lösung pro 1,8 m³ Dihydiratschlamm dem Autoklav zudosiert.

Im Autoklav befindet sich fortwährend eine Aufschlämmung von 2,5 t bereits gebildetem Λ-Calciumsulfat-Halbhydrat, die durch eine Tiauchleitung über einen Entspanner einer Zentrifuge zugeführt werden können. Die Zentrifuge wird mit 2 m³ pro Stunde der Halbhydrat-Aufschlämmung aus dem Autoklav gespeist, wobei diese Aufschlämmung etwa 500 g Halbhydrat pro Liter enthält.

Aus der Zentrifuge werden daher 1000 kg/h ft-Calciumsulfat-Halbhydrat, bezogen auf Trockensubstanz ausgetragen.

Die a-Halbhydratkristalle besitzen die gewünschte mittlere Korngröße zwischen 7 und 15 μ.

Zur Erzeugung dieses feinkristallin cn Materials werden gemäß der vorliegenden Erfindung in Abständen von 60 Minuten pro Tonne eingetragenen Dihydrates 1 kg 80°/oige H₂SO₄ mittels einer Dosierpumpe in den Autoklav eingebracht. Das zu diesem Zeitpunkt einfließende Dihydrat-Material wird dabei sofort in feines a-Calciumsulfat-Halbhydrat-Impfmaterial umgewandelt, womit sich die Impfkeimmenge des Autoklavs sprunghaft erhöht und die gewünschte mittlere Korngröße der a-Halbhydratkristalle ausgebildet wird. Das zentrifugenfeuchte Material mit etwa 15%> anhaftender Feuchtigkeit wird nun je nach dem gewünschten Einsatzzweck mit der entsprechenden Wassermenge und gegebenenfalls den Zuschlagstoffen zu einem homogenen Brei verrührt und zu Fertigteilen vergossen.

Zur Herstellung von Zwischenwandplatten gemäß DIN 18 163 werden 1180 kg feuchtes Λ-Calciumsulfat-Halbhydrat mit 730 kg H₂O zu einem homogenen Brei vermischt und in die Form vergossen. Nach dem Trocknen haben die Zwischenwandplatten ein Raumgewicht von 0,92 g/cm³ und Bruchfestigkeiten von 400 kp.

Zur Herstellung dünnwandiger Bauplatten mit einer hohen Biegezugfestigkeit werden 1180 kg feuchtes α-Calciumsulfat-Halbhydrat mit einem Brei von 1365 kg Papierpülpe vermischt und zu den gewünschten dünnwandigen Fertigteilen vergossen. Die Papierpülpe besteht aus 1250 kg Wasser, 15 kg kaltwasserlöslicher Stärke und 100 kg Altpapier, das in einem geeigneten Aggregat zerkleinert und mit dem Wasser vermischt wird. Die Fertigteile haben nach dem Trocknen ein Raumgewicht von 0,65 g/cm³, eine Biegezugfestigkeit von 40 kp/cm² und eine Druckfestigkeit von 48 kp/cm^a.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Gipsbauteilen mit hohen mechanischen Festigkeiten durch hydrothermale Umkristallisation von Calciumsulfat-Dihydrat in feinkristallines \-Calciumsulfat-Halbhydrat im Autoklav, durch Vermischen des a-Halbhydrates mit Wasser und durch Eingießen der Mischung in Formen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der hydrothermalen Umkristallisation ein Λ-Halbhydrat der mittleren Kristallgröße von 7 bis 15 μ durch periodische oder kontinuierliche Zugabe zusätzlicher Impfkristalle zum Reaktionsautoklav hergestellt wird, daß anschließend die Hauplmengs der Mutterlauge aus der hergestellten Λ-Halbhydrataufschlämmung abgetrennt und daß schließlich das a-Halbhydrat in noch feuchtem Zustand mit Wasser vermischt und zu Gipsplatten vergossen wird.