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Verfahren zur Herstellung poröser Pormkörper aus Kalknörtel mit Zusätzen
von Aluminiumpulver Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von porösen Formkörpern aus Kalknörtel durch Verwendung von Treibmitteln mit geregelter
Gasentwicklungscharakteristik. Dazu eignen sich in besonderer Weise lIetallpulver,
vorzugsweise Aluminiumpulver, die zu diesem Zweck einer besonderen Behandlung unterworfen
werden.
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Ein Verfahren für die Verbesserung der Verwendbarkeit von Xetallpulver
als Treibmittel bildet den Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 22 21 454.6,
nach welchem Echichtbildende Säuren, wie Crthpphosphorsäure, in Gestalt ihrer Ester,
Diester und Estersalze aem Mahlgut bei der Herstellung des Metallpulvers in Kugelmühlen
zugesetzt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auf einfachere
Weise eine optimale Gasentwicklungscharakteristik zuverlässig einzustellen, um durch
gleichmäßigere Porenverteilung im Formkörper niedrigere Raumgewichte ohne Verminderung
der Druckfestigkeit zu erzielen. Eine opUmale Gasentwicklungscharakteristik zeichnet
sich dadurch aus, Aaß die Gasentwicklung erst nach Ablauf einer Inkubationszeit
von einigen Minuten erfolgt und dann sofort steil ansteigt. Stoffe, die die Gasentwicklung
regeln, sollen zugleich die Härtung der Formkörper verbessern oder zumindest nicht
beeinträchtigen.
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Der Gedanke, Treibmittel aus Metallpulvern, deren Zweck die Gasentwicklung
durch Auflösung ist, gegen Korrosion zu schützen, erscheint zunächst abwegig und
wurde bisher in der Technik nicht verfolgt, im Gegenteil galt die Aufmerksamkeit
den Lösungsschwierigkeiten des mit Stearinsäurezusätzen beim Mahlen erzeugten Pulver:
Die
Lösung der Aufgabe wurde dennoch curch die Anwendung von Korrosionsschutzmitteln
gefunden. Sie besteht darin, daß sich bei der Reaktion des Aluminiums mit der Kalklösung
und Zusatzstoffen, wie Chromaten, Produkte im Gelzustand bilden, die einerseits
die Aluminiumteilchen umhüllen andererseits bezüglich des Kalkgehaltes ein Verteilungsgleichgewicht
eingehen. Das Verhältnis des Kalkgehaltes in der umhüllenden Schicht zu dem in der
überstehenden Lösung entspricht einem konstanten Teilungskoeffizienten. Demzufolge
reihen sich folgende Vorgänge aneinander, die zusammen die Gasentwicklungscharakteristik
des Metallpulvers ergeben: Es stellt sich Gleichgewicht zwischen der Geschwindigkeit
eines Adsorptionsvorganges von Kalk auf dem Gele (Schicht) und der Geschwindigiieit
der Auflösung von Bodenkörpern ein. In dem Maße, wie sich die Adsorption durch Sättigung
dein Verteilungsgleichgewicht nähert und sich daher verlangsamt, überviegt dann
die Auflösung von Ca(OH)2. Die Alkalität steigt wieder an und fahrt zur Auflösung
der Umhüllung und des Aluminiums.
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Da durch TemperaturerhDhutB aie Löslichkeit des Ca(OH)2 geringer wird,
verschiebt sich das Gleichgewicht im Sinne der Arisorption von Kalk durch das Gel,
das auch die Sandkörner und andere Bodenkörper umhüllen kann, sofern die Zusatzstoffe,
wie Chromate, Phosphate und Silikate, in ausreichender Menge vorhanden sind. Mit
zunehmenaer Temperatur betätigt sich das Gel als die Kitt substanz zwischen den
Sandkörnern des Mörtels. Praktisch erfolgt die Dampfhärtung bei 18000 und einem
tTasserdampfdruck ton 10 bis 12 atü.
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Aus den dargestellten Verhältnissen ergibt sich daher, daß durch die
aufgewendete Menge der Zusätze nicht allein die Gasentwicklungscharakteristik sondern
aucn die Härtung geregelt wird. Dementsprechend Lat die Auswahl der Art und Menge
der Korrosionsschutzmittel zu erfolgen. Nach dem beschriebenen Gleichgewicht ist
die Menge der Zusatzstoffe von der Löslichkeit des Ca(OH)2 und damit von der Temperatur
abhängig. Da die Gasentwicklung bei Raumtemperatur (180C) und die Härtung bei 1Z0°C
erfolgt, sind die Zusatzmengen für die beiaen Prozesse sehr unterschiedlich und
verhalten sich zu einander erfahrungsgemäß wie 1:70. Der Einfluß kleiner Zusatzmengen,
die für eine günstige Gasentwicklungscharakteristik ausreichend ist, auf die Härtung
ist daher gering. Trotzaem werden gemäß der Erfindung
nur solche
Zi Zusatzstoffe vorgeschlagen die für beide Prozesse günstig sind. Am vorteilhaftesten
aber sind Stoffe, die inder für die Härtung erforderlichen gröberen Menge die Inkubationszeit
für die Gasehtwicklung nicht übermäßig verlängern.
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Eine StoffÖruppe, die auf die Gasentwicklungscharakteristik von grobem
Einfluß ist und nicht den geringsten Einfluß auf die Härtung hat, wuiQe in zwei-
und dreiwertigen Phenolen gefunden. Es sind vor allem Brenzcatechin, Hydrochinon
und Pyrogallol, also Stoffe, die wasserlöslich sind und stark reduzierend wirken.
Aus wässeriger, neutraler Lösung werden sie an Aluminium adsorbiert. Die Adsorptionsschicht
widersteht dem Argriff des Kalkes im Gegensatz zu der oben besctriebenen Adsorptionsschicht
vollständig, wenn kein Sauerstoff zugegen ist.
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Beispiel 1 20 g Aluminiumpulver werden in einer Lösung von einem
Liter Wasser, die 1 g Hydrochinon enthält, behandelt und danach in üblicher Menge
einer Kalkmörtelmischung zugegeben. Die Auflösung des Aluminiums und die Gasentwicklung
beginnen nach einer Inkubationszeit von 20 Minuten, wenndurch Umrühren für Sauerstoffzufuhr
gesorgt ist. Die Menge von 1 g/l kann demnach noch erheblich gesenkt werden.
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Beispiel 2 In einem Liter Wasser werden 0,5 g Na2CrO4.4H2O glöst
und die Lösung auf einen pH-Wert von 9 eingestellt. Nach Zugabe von 20 g Aluminiumpulver
wird die Dispersion gut durchgeschüttelt und 25 Minuten stehen lassen. In die Mörtelmischung
in üblicher Weise und Menge zugegeben, erhält man Inkubationszeiten von 10 - 12
Minuten. Ein Einfluß dieser kleinen Na2CrO4-Menge auf das Härteverhalten ist ebenso
wie im Beispiel 1 nicht feststellbar.
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Beispiel 3 5 g Natrmumhexametaphosphat (NaPO3)6, direkt der Mörtelmischung
zugegeben bewirken eine Inkubationszeit von 5 Minuten, - 25 g Natriumhexametaphosphat
bewirken eine Inkubationszeit von 10 minutenwenn diese Mengen auf 20 g Aluminlumpulver
bezogen dem Mörtel zusammen mit dem Aluminium in üblicher Menge zugegeben werden.
Die übliche Zugabemenge Aluminium beträgt 0,1 Nó der Gesamttrockensubstanz des Mörtels.
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Beispiel 4 Bei diesem Beispiel handelt es sich um Zusätze von stoffen,
die in cer für die härtung erforderlichen -,röBeren Menge die Inkubationszeit für
die Gasentwicklung nicht überm:43ig verlängern.
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120 g alcium-luminiumsilikatgel, hergestellt durch Auflösen von Aluminiumpulver
in talklauge mit Zusätzen von löslichen Silikaten, werden einer Kalkmörtelmischung
aus 500 g Kalk, 1000 g Sand und 1 Liter wasser zugemischt. In der so zubereiteten
IlDrtelmischung hat Aluminiumpulver als Treibmittel eine Inkubationszeit von 5 Minuten,
wenn die Zugabemenge von Aluminium 0,1 % der Gesamttrockensubstanz des :Tbrtels
beträgt.
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Die Oberflächenbehandlung des Aluminiumpulvers kann nach zwei verschiedenen
Methoden vorgenommen werden: 1. Durch Vorbehandlung wie in den Beispielen 1 und
2. Dadurch wird erreicht, daß £ehr kleine Langen zur Erzielung einer geeigneten
Gasentwicklungscharakteristik benötigt werden, und weiterhin vermieden, daß die
Korrosionsschutzmittel das Härteverhalten zu sehr beeinflussen.
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2. Durch Zugabe aer Korrosionsschutzmittel zu den Nörtelmischungen
wie in den Beispielen 3 un 4. Hierbei ist zu beachten, daß die Zugaben größer sind
und einen einfluß auf das Härteverhalten der Formkörper nehmen. Die Mengen werden
durch das Verteilungsgleichgewicht bestimmt, welches die sich bildenden Schichten
bezüglich des Kalkgehaltes zwischen Schicht und umgebender Lösung eingehen. Die
aufzuwendenden Mengen werden dann durch den Kalkgehalt in der umgebenden Lösung
bestimmt.
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Das sind unter Berücksichtigung des Verbrauchs an gelöstem Kalk uRd
der dadurch bewirkten weiteren Auflösung von Kalk etwa 0,03 bis 2 % de£ gesamten
Kalkanteils der Mörtelmischun? Die aufzuwendenden Mengen steigen bis zu 8 % des
Kalkanteils, wenn die Zusatzstoffe aus Silikaten und Aluminaten gleichzeitig eine
Härtesteigerung bewirken sollen, sie verringern sich, wenn die Oberflächenbehandlung
des Aluminiumpulvers nach Methode 1 vorgenommen wird, bis auf 0,01 % und weniger.
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Der Verbrauch nach i^etLode 1 ist bei richtig eingestelltem pH-Wert
am geringsten.
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Als Mittel zur Rinstellung einer optImalen uasentwicklungscharakteristik
von Aluminiumpulver sind alle bekannten Korrosionsschutzmittel, die chemisch aufgebracht
werden, brauchbar, sofern sie den Härtungsprozess nicht ungünstig beeinStussen.
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Verwendbar für die Vorbehandlung sind z.B. alle wasserlöslichen Phosphate
und Metaphosphate, Silikate und Aluminate und die Alkalisalze der sauerstoffhaltigen
Metallsäuren von Metallen der 4. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems.
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Verwendbar als Zusätze zu den Mörtelmischungen sind die gleichen Stoffe,
es kommen hinzu die wasserunlöslichen Salze der selben Säuren in Gelform, insbesondere
die Aluminate, Silikate und Alumosilikate des Calciums.
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Bei allen verwendbaren Stoffen ist der Einfluß auf die Inkubationszeit
und auf das Härteverhalten von der aufgewendeten Menge der Zusätze abhängig, da'mit
steigenden Zusätzen der Teilungskoeffizient, nämlich das Verhältnis des Kalkgehaltes
in der umhüllenden Schicht zu dem in der überstehenden Lösung, größer wird. Auch
im Fall der Vorbehandlung des Aluminiumpulvers stellt sich das Verhältnis entsprechend
dem Teilungskoeffizienten ein, auch wenn die Einstellung längere Zeit beansprucht
und die Inkubationszeit daaurch verlängert wird. Als Folge cer verlängerten Inkubationszeit
kommt man in diesem Fall mit einer Na2CrO4- Menge aus, die sich mit nur 0,01 o des
Kalk anteils der Mörtelmischung umsetzt, während man im Fall der direkten Zugabe
des Chromates zur Mörtelmischung für die Umsetzung 0,03 % des Kalkanteils benötigt.
Bei Zusätzen von Natriumhexametaphosphat (NTaPO)6 zur Mörtelmischung werden für
die Umsetzung 2 d des Kalk gehaltes benötigt. Der Einfluß auf äas Härteverhalten
steigt mit der für die Umsetzung erforderlichen Salkmenge.