DE2110058C3

DE2110058C3 - Process for improving the properties of set plaster of paris

Info

Publication number: DE2110058C3
Application number: DE19712110058
Authority: DE
Inventors: Benno Dr. 5090 Leverkusen; Schaupp Kurt Dr.; Schober Peter Dr.; 5000 Köln; Simons Peter Dr. 5072 Schildgen Böhm
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Filing date: 1971-03-03
Publication date: 1976-11-04

Description

Table 1

Prüfung nach DlN 1168Testing according to DIN 1168

EinstreumengeLitter amount

(g Gips/100 g Wasser)
Versteifungsende (min)
Biegezugfestigkeit (kg/cm²)
Druckfestigkeit (kg/cm²)(g plaster / 100 g water)
Stiffening end (min)
Flexural strength (kg / cm ² )
Compressive strength (kg / cm ² )

Hartgips I StuckgipsHard plaster I stucco plaster

230 bis 250230 to 250

15 bis 20 125 45015 to 20 125 450

130 bis 170130 to 170

20 bis 4020 to 40

40 bis 10040 to 100

100 bis 130100 to 130

3535

Die vielseitige technische Verwendbarkeit des Gipses ist bekannt. Sie beruht darauf, daß man natürlich vorkommenden Gipsstein bzw. das bei chemischen Reaktionen als Abfallprodukt anfallende Calcium-.1ulfat-Dihydr.1t durch Erhitzen in wasserarmeres Calciumsulfat (gebrannter Gips) überführt, das erneut unit Wasser angeteigt zu einer harten Masse abbindet. Je na:h der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials, der Durchführung des »Brennvorganges« oder auch einer Nachbehandlung erhält man verschiedene Gipssorten, die sich in der Verarbeitbarkeit, in der Güte «äes erzeugten abgebundenen Materials und damit in ihrer Verwendbarkeit beträchtlich unterscheiden und dementsprechend auch preislich unterschiedlich bewertet werden.The technical versatility of plaster of paris is well known. It is based on being natural Occurring gypsum stone or the calcium .1ulfate dihydrate, which is a waste product from chemical reactions by heating in calcium sulphate (burnt plaster of paris), which is low in water, which again unit water made into a paste to form a hard mass. Depending on the composition of the starting material, the implementation of the »burning process« or an after-treatment one obtains different types of plaster, the set material produced in terms of processability and quality, and thus differ considerably in their usability and accordingly also differ in price be rated.

Eine der für abgebundenen Gips notwendigen Eigenschaften ist seine Härte, die unter anderem in der Druckfestigkeit und in der Biegezugfestigkeit zahlenmäßig erfaßt werden kann. Sie ist abhängig vor allem vom Wasserwert, d. h. von dem Verhältnis, mit dem Wasser und Gips mengenmäßig miteinander verrührt werden können. Um vergleichbare Werte für die verschiedenen Gipssorten zu finden, wird zunächst nach DINII68 die Einstreumenge, d.h. die Menge an gebranntem Gips bestimmt, die von 100 g Wasser durchfeuchtet werden kann. An Probekörpern, die im Verhältnis der ermittelten Einstreumenge hergestellt werden, kann dann nach DIN 1168 die Biegezug- und Druckfestigkeit ermittelt werden. Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, wie sich der erheblich billigere Stuck- oder Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die Härte der abgebundenen Gipsmassen durch Zusätze zu verbessern. Vor allem wurden dazu Kunstharze vorgeschlagen, die bisher jedoch nicht in größerem Umfang zum Einsatz gelangten.One of the properties necessary for hardened plaster of paris is its hardness, which is, among other things, in the Compressive strength and flexural strength can be determined numerically. Above all, she is dependent the water value, d. H. on the ratio with which water and plaster of paris are mixed together in terms of quantity can be. In order to find comparable values for the various types of gypsum, we first use DINII68 determines the amount of litter, i.e. the amount of plaster of paris determined by 100 g of water can be moistened. On test specimens that were produced in relation to the determined amount of litter the flexural tensile and compressive strength can then be determined according to DIN 1168. Table 1 becomes It can be seen how the considerably cheaper stucco or There has been no lack of attempts, the hardness to improve the set gypsum masses through additives. In particular, synthetic resins have been proposed for this purpose, which have not yet been used on a large scale.

Es wurde nun ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von abgebundenem Gips gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß bei der Herstellung des verarbeitungsfähigen Gipsbreies wäßriger Kieselsol zugesetzt wird. Das Kieselsol kann in Mengen von 0,01 bis 30 Gewichtsprozent SiO,, vorzugsweise von 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent SiO₂, bezogen auf Calciumsulfat, zugegeben werden.A method for improving the properties of set gypsum has now been found, which is characterized in that aqueous silica sol is added during the production of the workable gypsum slurry. The silica sol can be added in amounts of 0.01 to 30 percent by weight SiO ₂ , preferably 0.1 to 3.0 percent by weight SiO 2, based on calcium sulfate.

Vorteilhaft werden handelsübliche Kieselsole verwendet, die bei niedrigen Alkaligehalten bis zu 60, vorzugsweise 30 bis 40 Gewichtsprozent SiO₂ enthalten. Derartige Kieselsole besitzen spezifische Oberflächen nach BET von 80 bis 600, vorzugsweise von 100 bis 250 m²/g.Commercially available silica sols which contain up to 60, preferably 30 to 40 percent by weight SiO _{2 with low alkali contents are advantageously used.} Such silica sols have BET specific surface areas of 80 to 600, preferably 100 to 250 m ² / g.

Gute Ergebnisse werden auch mit Kieselsolen erhalten, die durch Zugabe amphoterer Metallhydroxide stabilisiert wurden. Derartige stabilisierte Kieselsole werden z. B. nach dem Verfahren der USA.-Patentschrift 2 892 797 erhalten. Bei diesem bekannten Verfahren werden dem Kieselsol sehr kleine Mengen der Metallate des Aluminiums, Zinns, Zinks oder Bleis zugesetzt. Das Gewichtsverhältnis Metall zu Silicium (in Grammatomen) soll dabei zwischen /i/1250 bis /i/250 000 liegen, wobei A die spezifische Oberfläche des Sols in m²/g bedeutet. Die zu verwendenden Kieselsole sind nach an sich bekannten Verfahren erhältlich, wie sie z. B. in den USA.-Patentschriften 2 574 902,2 457 971,2 668149, 2 650 200 unter anderem beschrieben werden.Good results are also obtained with silica sols which have been stabilized by adding amphoteric metal hydroxides. Such stabilized silica sols are z. By the method of U.S. Patent 2,892,797. In this known method, very small amounts of the metalates of aluminum, tin, zinc or lead are added to the silica sol. The weight ratio of metal to silicon (in gram atoms) should be between / i / 1250 to / i / 250,000, where A is the specific surface area of the sol in m ² / g. The silica sols to be used can be obtained by methods known per se, such as those described, for. In U.S. Patents 2,574,902, 457,971, 2,668,149, 2,650,200, among others.

Zweckmäßigerweise wird das Kieselsol zunächst mit Wasser vermischt und so zum Anteigen des Gipses verwendet. Es ist jedoch auch möglich, das Kieselsol beim eigentlichen Mischvorgang portionsweise zuzusetzen. Bei der Anwendung ist lediglich auf eine möglichst gleichmäßige Verteilung in der fertigen Mischung zu achten.The silica sol is expediently first mixed with water and thus used to make the Plaster of paris is used. However, it is also possible to add the silica sol in portions during the actual mixing process to add. When using it, the only thing that is important is as even a distribution as possible in the watch out for finished mixture.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein Zusatz von Kieselsol stark verflüssigend auf den Gips wirkt, so daß wesentlich höhere Einstreu- bzw. Einrührmengeri erzielt werden können. Damit verbunden ist ein beträchtlicher Anstieg der Biegezug- und Druckfestigkeit des abgebundenen Gipses. Außerdem konnte auch bei der Bestimmung der Frühfesligkeiten ein deutlicher Anstieg bei den mit Kieselsol hergestellten Probekörpern festgestellt werden.It has surprisingly been found that the addition of silica sol has a strong liquefying effect on the plaster of paris acts, so that significantly higher litter or stir-in quantities can be achieved. This is associated with a considerable increase in flexural and tensile strength Compressive strength of the set plaster. In addition, it was also possible to determine the early fesliquities a clear increase can be found in the test specimens produced with silica sol.

Unter Gips im Sinne der Erfindung werden alle mit Wasser abbindenden wasserarmen bzw. wasserfreien Formen des Calciumsulfat^ verstanden, wie z. B.For the purposes of the invention, gypsum refers to all water-setting or anhydrous Forms of calcium sulfate ^ understood such. B.

β-HaIbhydrat, /J-Halbhydrat und Anhydrit natürlicher und synthetischer Art.β-half hydrate, / I-hemihydrate and anhydrite of natural and synthetic type.

Dem Gips können bei der Verarbeitung die üblichen Zusätze, wie z. B. Abbindeverzögerer oder -beschleu- ■iger, sowie auch Magerungsmittel, wie z. B. Sand, Perlite, geblähte Kunstharzperlen und andere schall- und wärmeisolierenden Stoffe, zugesetzt werden. Außerdem eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut zur Herstellung besonders fester geblähter bzw. geschäumter Gipsbauteile. Das Verfahren eignet sich für alle Verwendungsformen des Gipses insbesondere dort, wo besondere Festigkeitseigenschaften verlangt werden, wie z. B. bei der Herstellung von Estrichen und Bauteilen.The plaster of paris can contain the usual additives such. B. setting retarders or accelerators , as well as lean agents such. B. sand, perlite, expanded synthetic resin beads and other sound and heat insulating materials are added. In addition, the method according to the invention is very well suited for the production of particularly firm expanded or foamed plaster components. The method is suitable for all forms of use of the plaster of paris, especially where special strength properties are required, such as. B. in the production of screeds and components.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung.The following examples serve to illustrate the present invention.

Table 2

Einriihr-Einriihr- KieselsolSilica sol Abbindc-Binding Festigkeitstrength Druckpressure mengecrowd zugabeadmission zeittime BiegezugFlexural tension kg/cm¹ kg / cm ¹ gG mlml Min.Min. kg/cm² kg / cm ² 9494 143143 4545 36,636.6 192192 200200 55 3939 6565 232232 212212 1010 3838 82,582.5 252252 220220 1515th 3333 87,587.5 392392 240240 2525th 2727 114114 512512 220220 100100 1616 134134

1515th

example 1

2020th

Die Bestimmung der Einstreumenge und die Herstellung der Probekörper, an denen Druck- und Biegezugfestigkeit bestimmt werden, erfolgt nach DIN 1168. In Abänderung zu DIN 1168 wurde nach »5 erfolgtem Kieselsolzusatz jedoch so viel Gips eingerührt, daß Gipsbreie gleicher Viskosität entstehen. Die so erhaltenen Werte sind in den folgenden Tabellen »ls Einrührmengen aufgeführt.The determination of the amount of litter and the production of the test specimens, on which compressive and flexural strengths are determined, are carried out in accordance with DIN 1168. In a modification of DIN 1168, however, after the addition of silica sol, enough gypsum was stirred in that gypsum slurries of the same viscosity were formed. The values obtained in this way are listed in the following tables as stirring amounts.

In ein geeignetes Becherglas werden zunächst 100 ml Wasser eingetragen, ohne daß die obere Wandfläche benetzt wird. Der Stuckgips wird gleichmäßig so eingestreut, daß möglichst nach 2 Minuten der Wasserspiegel auch an der Glaswand verschwunden ist.First 100 ml of water are introduced into a suitable beaker without affecting the upper wall surface is wetted. The plaster of paris is sprinkled evenly in such a way that the water level is, if possible, after 2 minutes has also disappeared from the glass wall.

Zur Ermittlung der Versteifungszeiten wird Stuckgipsbrei im Verhältnis der Einrührmenge hergestellt und dieser auf eine ebene, glatte Glasplatte ausgegossen, so daß Kuchen von 10 bis 12 cm Durchmesser und 5 mm Dicke entstehen. Als Abbindebeginn wird der Zeitpunkt festgelegt, bei dem die Ränder eines durch den Gipsbrei geführten Messerschnittes nicht mehr zusammenfließen. Das Abbindeende ist der Zeitpunkt, bei dem bei Eindrücken auf dem Gipskuchen kein Wasser mehr am Eindruckrand erscheint.To determine the stiffening times, plaster of paris paste is prepared in proportion to the amount that is stirred in and pour this onto a flat, smooth glass plate, making cakes 10 to 12 cm in diameter and 5 mm thick. The time at which the The edges of a knife cut through the gypsum paste no longer flow together. The setting end is the point in time when there is no more water at the edge of the impression when the plaster cake is impressed appears.

Die Probekörper (4-4-16 cm) werden im Verhältnis der Einrührmenge gegossen, 24 Stunden in feuchter Atmosphäre aufbewahrt und anschließend bei 35 bis 4O⁰C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.The test specimens (4-4-16 cm) are poured in the ratio of Einrührmenge kept for 24 hours in a humid atmosphere and then dried at 35 to 4O ⁰ C until constant weight.

In weiteren Versuchen werden 5, 10, 15, 25 bzw. 100 ml Wasser durch 30°/_oiges Kieselsol ersetzt. In Tabelle 2 sind die für Stuckgips erhaltenen Werte zusammengestellt.In further experiments are 5, 10, 15, 25 and 100 ml of water is replaced by 30 ° / _o silica sol. Table 2 shows the values obtained for plaster of paris.

Example 2

Es werden, ebenso wie in Beispiel 1, Einrührmenge, Abbindezeit, Biegezug- und Druckfestigkeit von Hartgips ermittelt. In weiteren Versuchen werden 10 bzw. 100 ml Wasser durch 30%iges Kieselsol ersetzt. In Tabelle 3 sind die erhaltenen Meßdaten aufgeführt.As in Example 1, the amount stirred in, setting time, flexural tensile strength and compressive strength of hard plaster of paris are determined determined. In further experiments, 10 or 100 ml of water are replaced by 30% silica sol. In Table 3 shows the measurement data obtained.

Table 3

Einrührmenge Stir-in amount

250
329250
329

332332

Kieselsolzugabe Addition of silica sol

mlml

10
10010
100

Abbindezeit Setting time

Min.Min.

41
23
1741
23
17th

Festigkeitstrength

BiegezugFlexural tension

kg.'cm² kg.'cm ²

108 138 139108 138 139

Druck kg/cm² Pressure kg / cm ²

344 512 674344 512 674

Example 3

Die im Verhältnis der Einrührmenge unter Zusatz von 30°/₀igem Kieselsol hergestellten Probekörper aus Stuckgips werden zur Bestimmung ihrer Frühfestigkeit 3 Stunden nach der Zubereitung des Gipsbreies auf Biegezug- und Druckfestigkeit geprüft. In Tabelle 4 sind die Meßdaten dieser Versuche zusammengestellt, in denen 0, 3, 5, 10, 25 und 100 ml Wasser durch 30%iges Kieselsol ersetzt worden sind.The specimens prepared in the ratio of Einrührmenge with the addition of 30 ° / ₀ sodium silica sol of stucco are tested 3 hours after the preparation of the gypsum slurry in flexural and compressive strength to determine their early strength. Table 4 shows the measurement data from these experiments, in which 0, 3, 5, 10, 25 and 100 ml of water have been replaced by 30% silica sol.

Table 4

KieselsolSilica sol Festigkeitstrength Druckpressure EinrührmengeStir-in amount zugabeadmission BiegezugFlexural tension kg/cm² kg / cm ² gG mlml kg/cm² kg / cm ² 31,131.1 143143 15,015.0 65,665.6 186186 33 26,326.3 80,080.0 197197 55 28,728.7 95,395.3 212212 1010 34,734.7 119,0119.0 240240 2525th 40,240.2 106,7106.7 235235 100100 38,838.8

Claims

Patent claims:

1. A method for improving the properties of set gypsum, characterized in that that aqueous silica sol is added to the plaster of paris when it is mixed with water.

2. The method according to claim 1, characterized in that aqueous silica sol is added in amounts of 0.01 to 30 percent by weight SiO ₂ , preferably 0.1 to 3 percent by weight SiOg, based on calcium sulfate.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the silica sols by addition modified by amphoteric metal hydroxides.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that an aqueous silica sol with an SiO ₂ content of up to 60 percent by weight, preferably 30 to 40 percent by weight, and a BET specific surface area of 80 to 600 Tii ² / g, preferably of 100 to 250 m ² / g, is added.

Plaster of paris differs in its properties from hard plaster of paris, which is much more complex to manufacture.