DE2246381A1 - Geformte zementprodukte - Google Patents

Description

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ICI C*SE NO. FV 245^5

IMPERIAL CHEMICAL IimUSTRIES LIMITED, London S.W. 1 / ENGLATiD

"Geformte Z enentprodukte" FRICRITÄT: 21. September 1971 - GROSSBRITANNIEN.

Die Erfindung bezieht 3ich auf geformte anorganische Zementprodukte.

Geformte Zementprodukte werden dadurch hergestellt, daß man ein Gemiich aus Zement und einer ausreichenden Menge eines flüssigen Reaktionsteilnehiners, gewöhnlich Wasser» herstellt, das gewöhnlich durch Hydratation mit dem Zement reagiert.

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Das Gemisch wird gegossen oder geformt und abbinden gelass-en·, wobei ein Produkt mit der gewünschten Forin erhalten wird. Jedoch macht eo die Rheologie dec Gemisches oft sehr schwierig, die Form vollständig und zufriedenstellend auszufüllen. Dies gilt insbesondere, wenn gewisse Zusätze, wie z.B. Glas- oder Polycierfasern und/oder leichte Aggregate, in das Gemisch einverleibt werden.

Es ist bekannt, daß die Schwierigkeiten dadurch beseitigt werden können, daß man zu dem Gemisch einen WasserUberschuß zugibt, um die Rheologie ausreichend zu modifizieren, damit das Gemisch in der ■ Forin fließt. Der Wasserüberschuß kann durch Absaugen, Zentrifugalkräfte oder Druck entfernt werden, während sich das Gemisch in der Fora befindet. In der Fraxis ergeben sich jedoch hierbei Schwierigkeiten.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Zementproduktes vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß man ein Gemisch aus Zement und einem Absorptionsmittel herstellt, welches den flüssigen Reaktionsteilnehiaer für den Zement enthält, daß man das Gemisch in eine Form einbringt und daß man auf die Fora Druck anwendet, um das Gemisch zu verdichten, so daß die Luft aus dem Gemisch entweicht und anschließend der Reaktionsteilnehmer aus dem Absorptionsmittel ausgepreßt wird und alt dem Zement reagiert, wobei das verdichtete Gemisch unter geeigneten Bedingungen entweder vor oder nach der Entnahme aus der Form abbinden gelassen wird.

Das Gemisch kann in jeder geeigneten Weise geformt werden, bei welcher ausreichend Druck angewendet werden kann, ua den Reaktionsteilnehmer aus dem Absorptionsmittel auszudrücken. In gewissen Fällen, beispielsweise wenn flache Schichten hergestellt werden, werden die Platten einer Presse ausreichen. Das Gemisch kann auch extrudiert oder

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druckgewalzt werden.

Die Absorption des flüssigen Reaktionsteilnehmers durch das Absorptionsmittel macht das Gemisch feucht, krümelig und verhältnismäßig freifließend, so daß die Formen leicht mit dem Gemisch gefüllt werden können.

Das im Gemisch verwendete Absorptionsmittel kann irgendein Material sein, welches in Granalien-, Faser-, Plattenoder Pulverform dazu fähig ist, einen großen Anteil und vorzugsweise mehr als das Eigengewicht von dem flüssigen Reaktionsteilnehmer zu absorbieren. Das ausgewählte Material sollte jedoch nicht übermäßig die erwünschten· Eigenschaften des geformten Zementproduktes stören.

Beispiele für geeignete Materialien sind Vermiculit (aufgeblätterter Glimmer), feine Siliciumdioxyde und Silicate, Perlit, gewisse zellige Kunststoffmaterialien, einschließlich offenporiges, geschäumtes Polystyrol, geschäumtes Polyurethan, geschäumter Gummi, Papier, Torf und Zellulosefaeern.

Das Gemisch kann dadurch geformt werden, daß man eine ausreichende Menge des Absorptionsmittels zugibt, um einen · Brei aus dem Zement und dem flüssigen Reaktionsteilnehmer (wobei der Reaktionsteilnehmer in der für die normale Reaktion erforderlichen Menge vorliegt) in eine verhältnismäßig freifließende, feuchte, krümelige Masse zu überführen.

Alternativ kann der erforderliche Anteil des flüssigen Reaktionsteilnehmers durch das Absorptionsmittel absorbiert werden, bevor letzteres mit dem Zement gemischt wird. . . -

Das erfindiong»gemäße Verfahren kann dazu vorwendet werdeii,

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um Produkte auf der Ba¹Gi s einer großen Reihe anorganischer Zemente herzustellen. Der Zement kann beispielsweise ein "Reaktionszement" sein, wie z.B. ein Phosphatzement, der durch Umsetzung von Metalloxyden mit Phaophorsäurelösung hergestellt wird.

Zweckjiäßigerwelße ist jedoch der Zement ein "hydraulischer Zement", wie z.B. Portlandzement, Gips oder Zement mit hohem Aluniniumoxydgehalt. Daß Verfahren, nach welchem hydraul!scherZement abbindet, wird als Hydratation bezeichnet. Solche Zemente sind in Wasser nur gering löslich, aber sie reagieren mit Wasser, wobei eine kontinuierliche Matrix entsteht, und keine andere Reaktion ablaufen mui3. Dies unterscheidet sie von Matrices, welche andere Reaktionen als eine Hydratation eingehen. Siehe beispielsweise den Aufsatz von Wygant. J.F. in Ceramic Fabrication Processes (Herausgeber W.D. Kingery) Wiley, New York 1956.

Die geformten Produkte werden in vorteilhafter Weise mit einer faserförmlgen Verstärkung versehen, die die Form einer oder mehrerer gewebter Textilstoffe oder nicht-gewebter Matten aufweisen kann, die in bestimmten Bereichen in der Zementmatrix angeordnet werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man ein mehrschichtiges Sandwich herstellt, welches aus alternierenden Schichten des Gemisches und der Verstärkung besteht, und daß man hierauf das Sandwich in der Form zusammenpreßt.

Alternativ kann die faserförmige Verstärkung die Forn von einzelnen Fasern aufweisen, die entweder in statistischer Weise oder in bestimmten Schichten im Gemisch dispergiert werden, bevor dieses geformt wird.

Es können Monofnsern oder mehrfädige Fasern verwendet werden,

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BAD ORiQiNAl

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Die Fasern können auch zusammengefügt sein, so daß ein Zusammenhaltender Zwirn entsteht. Weiterhin können die faserförmigen Verstärkungen mehrere einzelne Zwirne umfassen, die zusammengedreht worden sind, um' ein gefachtes Garn herzustellen.

Bei spielsweiße werden Katrices aus hydraulischen Zementen in brauchbarer Weise durch Glasfasern verstärkt, die einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 25/U aufweisen, In der Praxis ist es auch zweckmäßig, statistisch dispergierte kurze Fasern mit einer Länge bis zu ungefähr 5 cm zu verwenden, wie z.B. Fasern, die eine Länge im Bereich von 2,5 bis 25 mm aufweisen. Durch eine Kontrolle des Dispersionsgrads der Fasern können verschiedene Grade von Anisotropie in der Struktur hervorgerufen werden. Bei gewissen' Anwendungen, bei denen eine Isotropie erforderlich ist, werden die Fasern statistischer dispergiert.

Die Faserverstärkung kann gegebenenfalls aus natürlichen Fasern bestehen, wie z.B. aus Baumwolle oder Jute, sie kann aber auch aus synthetischen organischen Fasern bestehen, die aus Polymeren hergestellt worden sind, wie z.B. Polyamide, Polyester oder Polyolefine. Schließlich können die Fasern auch aus Glas oder anderen anorganischen Materialien hergestellt sein.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten geformten Produkte können auch andere synthetische■polymere Materialien enthalten als die oben erwähnten Fasern. Das polymere Material verringert nicht nur die Zerbrechlich-, keit der Matrix sondern verbessert auch die Zugfestigkeit, die Schlagfestigkeit, die Zähigkeit und die Haftung der Zusätze an der Matrix. Beispiele für geeignete synthetische polymere Materialien sind Polyvinylacetat, Styrol/Butadien-Mischpolymere, Acrylpolymere und Neopren. Diese Polymere

werden in zweckmäßiger Weise dem Gemisch in wäßriger Emulsion zugegeben, obwohl in gewissen Fällen das Folymer auch als trockenen GemLach zugesetzt werden kann, flute Produkte können dadurch hergestellt werden, daß man bis zu 20 Gew.-TeLIe zu irgendeinem Zeitpunkt in dan Gemisch einverleibt, bevor nan das Gemisch in die Form einbringt. Die Dichte des geformten Produkte wird in günstiger Weise durch Zunatz von Leichten Aggregaten während der Mischstufe verringert. Ein solche« Aggregat muß den FormimgsdrncJc aushalten, der- für die Formung des fertigen Gegenstands verwendet wird. Beispiele für geeignete leichte Aggregate aind pulverisierte Flugaachecenospharen, expandierte Tone, expandierter Schiefer, expandierte Folystyrolperlen, Silicatperlen und expandierte thermisch härtbare Perlen, in das Zernentgemisch können auch kleinere Mengen verschiedener Zusätze einverleibt werden, wie z.B. Haftungsförderer, Metzmittel, Rheologiemodifiziermittel, Pigmente und Stabilisatoren.

Gemäß der Erfindung werden also auch geformte Zeaen.tprodukte vorgeschlagen, die folgendes enthalten: , <

1) Eine Zementmatrix und . ■

2) teilweise oder vollständig zerkleinerte Teilchen eines Absorptionsmaterials, welches ein oder mehrere der folgenden Bestandteile enthält:

(a) eine faserförmige Verstärkung, wie oben definiert,

(b) ein leichtes Aggregat oder

(c) ein synthetisches polymeres Material, welches keine Faserform aufweist.

Besonders nützliche erfindungsgemäße Produkte enthalten bis zu 15 Gew.-Teile von der faserförmigen Verstärkung, bis zu

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BAD

20 Ge-w.-Teile von dem synthetischen polymeren Material, -bis zu 100 Gew.-Teile von dem leichten Aggregat und zwischen 5 und 50 Gew,-Teile eines Absorptionsmittel«, wobei alle Teile auf 100 Gew.-Teile des Matrixmaterials bezogen sind.

Die Erfindung wird nun durch- die folgenden jBeispiele näher erläutert. . "- ■

Beispiel 1:

Eine wäßrige Aufschlämmung wurde dadurch hergestellt, daß 100 Gew.-Teile Portland-Zement zu 30 Gew.-Teilen Wasser zu gegeben wurden. Zur Aufschlämmung wurden 15 Gew.-Teile Vermiculit, das durch ein Sieb der Maschenwe'ite 3,2 mm hindurchging, unter Rühren zugesetzt, wobei sich eine krümelige Kasse bildete. Es wurde eine Form mit dieser krümeligen Masse gefüllt, und diese wurde durch mäßigen Druck verdichtet, und dann wurde ein Druck von 28 kg/cm^ angelegt. Bei diesem Druck wurde Wasser aus dem Vermiculit in einer für die normale Hydratation des Portland-Zements ausreichenden Menge ausgedrückt. Die Form wurde geöffnet, nachdem sie 12 Stunden bei Raumtemperatur unter Druck gehalten worden war, worauf dann das Formstück 28 Tage an der Luft aushärten gelassen wurde, bevor Tcstversuche ausgeführt wurden. '

Beispiel

Beispiel 1 wurde vollständig wiederholt, außer daß die Form unmittelbar nach dem Pressen geöffnet wurde und das Produkt 28 Tage bei Raumtemperatur an der Luft aushärten gelassen 'wurde, bevor Testversuche ausgeführt wurden.

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Beispiel 3

30 Gew.-Teile Wasser wurden langsam unter Sprühen zu 15 Gew.· Teilen eines Vermiculits hinzugegeben, der durch ein Sieb der Maschenweite 3|2 min hindurchging. Das Wasser wurde durch den Vermiculit absorbiert. Der Vermiculit wurde mit 100 Gew,-Teilen Portiand-Zement gemischt, wobei eine feuchte, krümelige Kasse erhalten wurde. Die krümelige Masse wurde wie in Beispiel 1 verformt.

Beispiel

Eine wäßrige Aufschlämmung wurde dadurch hergestellt, daß 100 Gew.-Teile eines Zements mit hohem Aluminiumoxydgehalt zu 30 Gew.-Teilen Wasser zugegeben wurden. Zu der Aufschlämmung wurden 15 Gew.-Teile Vermiculit mit einer Größe bis zu 3|2 mm unter Pöihren zugegeben, wobei eich eine krümelige Kasse bildet. Eine heiße Form (90⁰C) wurde sit der krümeligen Masse gefüllt und der Inhalt wurde mit mäßigem Druck verdichtet, worauf dann ein Druck von 28 kg/cm angelegt wurde. Dabei wurde V/asser in einer für die normale Hydratation des Zements ausreichenden Kenge aufgedrückt. Die Form wurde 15 Minuten bei 90⁰C ge-halten und dann geöffnet. Das Produkt wurde 24 Stunden getrocknet und Äann getestet.

Beispiel

Beispiel 4 wurde genau in der gleichen Weise wiederholt, außer daß nach dem Anlegen des Drucks die Form augenblicklich aus der Presse entnommen wurde und 10 Minuten auf 90⁰C gehalten wurde.

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Beispiel 6 - '

Eine Mischung mit der folgenden Zusammensetzung, worin alle Teile in Gewicht ausgedrückt sind, wurde hergestellt:

BESTANDTEILE ■ Teile

Zement mit hohem Aluminiumoxydgehalt ; 100

Wasser 30

Polyvinylacetatemulsion (50 % Feststoffe) 10

kleine Bläschen aus pulverisierter Flugasche 25 (Teilchengröße 20 bis 200/u; Schüttdichte 027 g/cm^) '

Vermiculit ' 15

Es wurde eine feuchte krümelige Masse erhalten. Diese wurde mit 5 Gew.-Teilen zerkleinerter Glasfasern .von 1 cm Länge gemischt.

Die auf diese Weise gebildete krümelige Kasse wurde wie in Beispiel 4 geformt.

Beispiel 7

Es wurde ein Gemisch mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 6 hergestellt.

Anstelle der Zugabe von, Glasfasern zur Masse (wie in Beispiel 6) wurde ein mehrschichtiges Sandwich aus alternierenden Schichten einer statistischen Glasfasermatte und 3,2 mm dicken Schichten der Masse in der Form hergestellt. In Sandwich betrug das Gesamtgewicht· des Glases 5 Gew.-Teile. Das-auf diese Weise hergestellte Sandwich wurde verdichtet und dann unter einem Dn
Beispiel 4 ausgehärtet.

und dann unter einem Druck von 28 kg/cm versetzt und <wie in

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Beispiel 8

Ein Gemisch.der folgenden Zusammensetzung, worin alle Teile in Gewicht ausgedrückt sind, wurde hergestellt:

Gips-a-halbhydrat 100 Teile Wasser 30 Teile

Vermiculit 10 Teile

Es bildete sich eine feuchte krümelige Kasse. In diese wurden 5 Gew.-Teile zerkleinerte Glasfasern von 1 cm Länge eingemischt. Die krümelige Masse wurde verdichtet und unter

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einem Druck von 28 kg/cm versetzt und vor den Trocknen eine halbe Stunde in der Form aushärten gelassen.

Beispiel 9

Ein Gemisch der folgenden Zusammensetzung/ worin alle Teile in Gewicht ausgedrückt sind,- wurde hergestellt:

Vermiculit 25 Teile

Phosphorsäure 20 Teile

Wasser 30 Teile

Vallaetomijt P4 50 Teile

Ss bildete sich eine feuchte krümelige Masse, welche in eine Form eingebracht wurde. Die Masse wurde verdichtet

und unter,einem Druck von 28 kg/cm versetzt. Das Gemisch wurde vor dem Trocknen in der Form eine halbe Stunde bei Raumtemperatur aushärten gelassen.

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Beispiel 10

Ein Gemisch der folgenden Zusammensetzung, worin alle Teilein Gewicht ausgedrückt sind, wurde hergestellt:

Zement mit hohem Aluminiumoxydgehalt 100 Teile Wasser 30 Teile

wäßrige Acrylemulsion 10 Teile

. - (50 % Feststoffe)

pulverisierte Mikrokügelchen aus Flugasche . ■ . 25 Teile (Teilchengröße 20 bis 200 /u; Schüttdichte 0,2? g/cm') '

expandierter Perlit "Τί^Τβ^Ζβ-

(Sorte 100/30, geliefert von Johns Manville;

2s bildete sich eine krümelige Masse. In diese wurden 5 Gew.-Teile zerkleinerte Glasfasern von 1 cm Länge eingebracht.

Die auf diese Weise gebildete krümelige Masse wurde wie in Beispiel h geformt.

Beispiel 11

Beispiel 10 wurde vollständig wiederholt, äußer daß der expandierte Perlit durch-gemahlenes Holzmehl (ging durch .ein Sieb der Maschenweite 0,,2 mm hindurch) ersetzt wurde.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCHE :

   1/ Verfahren zur Herstellung eines geformten Ze- _v mentproduktes, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus einen Zement und einen Absorptionsmittel, welches den flüssigen Reaktionsteilnehmer für den Zement enthält, herstellt, das Gemisch in eine Fora einbringt und Druck auf die Form anwendet, um das Gemisch zu verdichten, so daß Luft aus dem Gemisch entweicht und anschließend der Reaktionsteilnehmer aus dem Absorptionsmittel ausgepreßt wird und mit dem Zement reagiert, wobei das zusammengedrückte Gemisch unter geeigneten Bedingungen entweder vor oder nach der Entnahme aus der Form abbinden gelassen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel mehr als sein eigenes Gewicht von dem flüssigen Reaktionsteilnehmer enthält.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel aus aufgeblättertem Glimmer besteht. "
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch dadurch hergestellt wird, daß man das Absorptionsmittel und eine Aufschlämmung des Zements und des flüssigen Reaktionsteilnehmers mischt. ■

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5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Reaktionsteilnehmer und das Absorptionsmittel gemischt werden, bevor sie mit dem Zement gemischt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zement hydraulischer Zement verwendet wird und daß der flüssige Reaktionsteilnehmer aus Wasser besteht.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine faserförmige Verstärkung in das Gemisch einverleibt wird, und zwar entweder vor oder nachdem das Gemisch in die Form eingebracht ist.
8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein synthetisches polymeres Material, welches keine faserförmige Verstärkung darstellt, in das verwendete Gemisch einverleibt wird.
9. 9. . Verfahren nach Anspruch 8,.dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische polymere Material in das Gemisch als wäßrige Emulsion einverleibt wird.
10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein leichtes Aggragat in das-Gemisch einverleibt wird. . '
11. 11. ... Geformtes Zementprodukt, dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu 15 Gew.-Teile eines faserförmigen Verstärkungsmaterials, bis zu 20 Gew.-Teile eines synthetischen, polymeren Materials, bis zu 1CO Gew.-Teile eines leichten Aggregats und zwischen 5 und 10 Gew.-Teile eines Absorp-

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    tionsmittels enthält, wobei alle Teile auf 100 Gew.-Teile des Zements basieren.

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