DE2247616A1

DE2247616A1 - Zementartige materialien

Info

Publication number: DE2247616A1
Application number: DE19722247616
Authority: DE
Inventors: Henry Gerard Butler; John Holden Hampshire
Original assignee: Tac Construction Materials Ltd
Current assignee: Tac Construction Materials Ltd
Priority date: 1972-09-19
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1974-04-04
Also published as: BE789202A; AU4687072A; NL7212661A; FR2200843A5

Description

DR. MÜLLER-BORE DiPL-PMYS. DH. MANITZ DiPu.-CHEM. DR. DEL) FEL

DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW -2 2 A 7 6 1 6

PATENTANWÄLTE

2 8. Sep. 1972

D/Lo/Sh - 'T 1199

'IAC Construction Haterials .Limited, 77 Fountain Street, Handlester H2 2EA, England

Zementartige Materialien

Die Erfindung "betrifft verbesserte, zementartige Materialien und hieraus hergestellte Gegenstände und insbesondere mit j?aocrn verstärkte Zemente und Zementprodukte.

Zementartige Materialien, welche Schlacke enthalten, wurden bereits vorgeschlagene So ist beispielsweise in der kanadischen Patentschrift 884 926 eine hydraulisch abbindende Schlackenzementzusammensetzung beschrieben, Vielehe verbesserte durch Dampf bewirkte Abbindefestigkeitsoigenschaften aufweist und die aus 12,5 "bis 85 Gewichtsteilen gemahlener, granulierter Hochofenschlacke, aus 0,25 "bis 32,0 Gewichtsteilen hydraulischen, reaktionsfähigem Kalziumsilikat, wobei die Quelle Merfür aus Portlandzement bestehen kann, aus etwa 2 bis etwa 20 Gew„->j, bezogen auf die trockene Zementzusammensetzung, wenigstens eines feinzerteilten, hydrothermal reaktionsfähigen, hydratisieren

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ausgewählt ist Silikat^ welches aus Serpentin, Talkum und Pyrophillit/und bis zu 50 Gewichtsteilen, bezogen auf die trockene Zementzusammensetzung, verstärkenden, anorganischen Fasern, vorzugsweise Asbest, besteht.

Es wurde nun gefunden, daß bei Verwendung bestimmter Materialien in Schlackenzementzusammensetzungen mit bestimmten Anteilsbereichen im Gegensatz zu solchen früheren Vorschlägen die hieraus erhaltenen Produkte überraschenderweise eine ausgezeichnete Verformbarkeit und Bearbeitbarkeit und ein anziehendes Aussehen besitzen. Diese Eigenschaften treten zusätzlich zu der guten Festigkeit und Säurebeständigkeit bekannter Schlackenzementzusammensetzungen auf.

Die Erfindung liefert ein verbessertes, zementartiges Material, welches sich dadurch auszeichnet, daß es 20 bis 92 Gew.-% gemahlene, granulierte Hochofenschlacke, 5 "bis 40 Gev_o-% faserartiges, verstärkendes Material und bis zu 35 Gew.-% gelöschten Kalk oder ein Gemisch aus gelöschtem Kalk und Portlandzement als Aktivator enthält.

Der Aktivator kann darüberhinaus bis zu 35 GeWo-% Gips, bezogen auf das Gexvicht des Aktivators, in Abhängigkeit von der für das Produkt beabsichtigten Anwendung enthalten. Änderungen der Anteile eines beliebigen der Bestandteile innerhalb der angegebenen Bereiche zusammen mit Veränderungen der Erhärtungsbedingungen ergeben Eigenschaftsveränderungen, und die Anteile und die Erhärtungsbedingungen v/erden dementsprechend ausgewählt, um die Eigenschaften der wirklichen Verwendung der Produkte optimal anzup a s s en ο

Die Erfindung kann in zwei besonders bevorzugte Ausführungsformen aufgespalten werden, wovon eine im Autoklaven behandelte Produkte mit niedrigem Kalkgehalt und die andere an Luft er-

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härtete Produkte mit hohem. Kalkgehalt liefert. Bei diesen beiden Ausfuhrungsformen wurde überraschender Weise gefunden, daß offensichtlich keine chemische. Reaktion innerhalb der ersten 7.Stunden von der Bildung eines ζementhaltigen Gemisches auftritt, daß jedoch die Erhärtungsraten denjenigen konventioneller Zementgemische vergleichbar sindo

Die Bereiche der Zusammensetzung für die zementartigen Materialien gemäß der Erfindung bei den bevorzugten Ausführungsformen sind die folgenden, wobei sich die Angaben in Prozent auf Gewicht der Gesamtzusammensetzung beziehen.

(a) Kh? im Autoklaven zu behandelnde Materialien mit niedrigem lialkgehalt:

■ 5 bis 40 % Fasern, in Abhängigkeit von der verwendeten ]?aserart und den Leistungsanforderungen an das Produkt; ·

3 bis 10 % hydratisierter Kalk (gelöschter Kalk), und bis zu 92 % gemahlene, granulierte Schlacke_o

Besonders bevorzugte Bereiche sind:. 9 bis 14 °/o Asbestfasern (3 bis 6 % Glasfasern;

3 bis 20 % Schlackenwolle;

2 bis 4 % Stahlfäden)

5,9 bis 6,5 % gelöschter Kalk; und 74 bis 92 % gemahlene, granulierte Schlacke»

(b) An Luft erhärtende Materialien mit hohem Kalkgehalt:

3 bis 40% Pas er η (in Abhängigkeit von der verwendeten faserart und den Leistungsanforderungen an das Produkt);

2 bis 40 % gelöschter Kalk;

0 bis 40 % Gips, insbesondere 5 bis 40 % Gips; und bis zu 90 % gemahlene, granulierte Schlacke.

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BAD ORIGINAL

Besonders bevorzugte Bereiche sind:

9 bis 20 °/o Asbestfasern (3 bis 6 % Glasfasern;

5 Ms 20 % Schlackenwolle;

2 bis 4 % Stahlfäden;

2 Ms 6 % thermoplastische oder

hitzegehärtete Pasern;

1 bis 5 % celluloseartige fasern);

18,7 bis 22,8 ^c/o gelöschter Kalk;

56,2 bis 68,3 % gemahlene, granulierte Schlacke und

kein Gi_ps.

Die zementartigen Materialien können zusätzlich ein Pigment wie Ruß und/oder ein geblähtes Material mit niedriger Dichte, wie Perlit oder Vermikulit enthalten, um abwechselnde Färbun gen und ein verschiedenes Endaussehen in den Endprodukten zu erhalten,

Hochofenschlacke besitzt einen hohen Gehalt an Kalk, Kieselerde und Aluminiumoxid, wobei eine typische Schlacke folgender Zusammensetzung in Gew.-% besitzt:

CaO	42
SiO	31
Al₂O₅	18
MgO
MnO	1
Ee₂O,	1
S	1
Alkali	1

Die faserartigen, verstärkenden Haterialien, wie sie oben genannt van?den, können Asbest-, Glas-, Stahlfasern, Schlackenwolle, Fasern aus synthetischen, thermoplastischen oder liitzegehärteten Kunststoffen oder Cellulosefasern oder eine Kombina-

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BAD ORtGiNAL

tion von zwei oder mehreren dieser Fasern seinο

Die erfindungsgemäßen Materialien können leicht verarbeitet werden, indem sie.mit Wasser vermischt und entweder an der Luft (bei der Ausführungsform mit hohem Kalkgehalt) erhärten gelassen werden oder bei höheren Temperaturen und Feuchtigkeitsgehalten als Umgebungsbedingungen entspricht (bei der Ausführungsform mit niedrigem Kalkgehalt)·

Die Materialien besitzen gegenüber gewöhnlichen Portlandze- . ment Kostenvorteile, da Schlacke ein billiges !Nebenprodukt bei der Herstellung von Eisen und Stahl ist. Sie besitzen bessere Formungseigenschaften als bislang verwendete zementartige Materialien auf Schlackenbasis, und die Festigkeit der aus erfindungsgemäßen Materialien hergestellten Produkte ist den bislang verwendeten, gewöhnlichen Portlandzementprodukten mindestens gleichwertige Darüberhinaus besitzen sie eine an-

n^cht

ziehende weiße oder cremefarbene Färbung im/pigmentierten Zustand, und sie sind gegenüber einem Angriff durch Säuren einerseits oder durch Bakterien andererseits xfiderstandsfähiger_o Darüberhinaus weisen sie einen geringeren Spitzenwert der exothermen Wärme während des frühen Stadiums des Erhärtens und eine ausgezeichnete Verarbeitbark ei t beim Endprodukt auf. Das Ausmaß des Schrumpfens beim Erhärten kann ferner durch die Einstellung des Gipsgehaltes des Materials vermindert werden·

Als Beispiel für die einfache Bearbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Materialien sei darauf hingewiesen, daß ein normaler lagel leicht in das Produkt eingeschlagen worden kann, und zwar an einer Stelle bis zu 10 min. von einer Außenkante eines Stückes oder einer Tafel entfernt, ohne daß ein Zerbrechen, Absplittern oder Aussplittern auftritt, wie dies beim Test an einer normalen, mit Fasern verstärkten Zementtafel auftritt. An Luft erhärtete Produkte zeigen eine bessere Haschinenbearbeitbarkeit als im Autoklaven behandelte Produkte, jedoch sind letztere immer noch besser als biplang verwendete Produkte.

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6AD ORIGINAL

Die Materialien können zur Herstellung von Tafeln, Bohren und ähnlichen tfonnkörpern nach üblicherweise für Asbestzementprodukte angewandten Methoden eingesetzt werden. Materialien, welche faserartiges Material, Schlackenmehl und Kalk oder Gips in Anteilen im unteren Abschnitt der beanspruchten Bereiche enthalten, sind insbesondere zur Herstellung von Tafeln oder Platten nach Erhärtungsmethoden unter hohem Druck geeignet. Beispielsweise besitzen Platten, die aus einem Material hergestellt wurden, welche Kalk im Verhältnis von 6 Gewichtsteilen zu 94 Gewichtsteilen Schlacke enthalten, und die durch behandlung im Autoklaven in gesättigtem Dampf bei einem Druck von wenigstens 9»1 kg/cm (130 psi) gehärtet wurden, eine ausgezeichnete weißliche Färbung, und sie zeigen eine verminderte Neigung zum Abblättern, bzw« Verwittern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert, wobei sich alle Angaben in !'eilen und Prozentsätzen auf Gewicht beziehen.

In den folgenden Beispielen v/urden Platten hergestellt, indem das trockene, zementartige Material mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Suspension vermischt wurde, welche auf einen Peststoffgehalt von 4 bis 8 % in Abhängigkeit von dem Produkttyp und den Leistungsanforderungen verdünnt wurdeο Diese Suspension wurde filtriert und in den Sammelbehälter einer Hatschek-PlattenherStellungsmaschine kontinuierlich überführt, bis die g-ewünschte Dicke erreicht war. Die Platte ΐ/urde dann abgeschnitten und aus dem Behälter entnommen. Die auf diese Weise hergestellten Platten können gegebenenfalls noch·weiter geformt werden, beispielsweise zu gewellten Platten oder Tafeln,

Beispiel 1

jSine aus 9,6 % Asbestfasern Sorte Hr. 4, 21,6 % gelöschten

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Kalk, 64,9 % granuliertem ßchlackenmehl und. 3_r8 % gemahlenen Gips "bestellende Zusammensetzung wurde auf einer Plattenherstellungsmaschine im kleinen Umfang, wie sie zuvor beschrieben vrurde, verarbeitet, und es vnirden 6 mm starke S¹Iachplattenabschnitte hergestellt. Nach dem Erhärten in der normalen Atmosphäre während 21 Tagen wurden Abschnitte von 250 mm 3·: 250 mn auf die Biegefestigkeit gemäß der Norm British Standards Specification BS 690 untersucht«.

Eine "Durchschnittsbruchlast von 70,31 kg wurde erzielt, dies entspricht einem Bruchnodul (HOB) von 27,745 MH/m² (4024 pounds force per sq. in·)«

Die unter den Bedingungen der oben angegebenen Ilona bestimmte Widerstandsfähigkeit gegenüber angesäuertem Wasser zeigte, daß das Material einen um etwa 25 % besseren Widerstandswert im Vergleich zu einer Tafel mit gleichartigem -Fasergehalt, welche jedoch mit gewöhnlichem Portlandzement abgebunden worden war, aufwies.

Beispiel 2

Iu ähnlicher.Weiοe wie in Beispiel T wurden dio folgenden zementartigen Materialien zu Platten verförmt:

Chrysotilasbestfasern 12,24%

gelöschter Kalk 21,96 %

granuliertes Schlackennehl 65,00 ^c/o

Nach, dem Ea.-härten in Luft während 21 Tagen besaßen die Platten folgende Eigenschaften:

MOE = 17,485 HH/n² (2536 p.s.i.)

Dichte = 1427,25 kg/m^ (01,9 p.c.f.)

Wasserabsorption = 30,0 %

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&ÄD ORIGINAL

Beispiel 3

In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 wurden die- folgenden zementartigen Materialien zu Platten verformt:

Chrysotilasbestfasern 10 %

Amositasbestfasern 10 %

Perlit 5 %

gelöschter Kalk 18,75 %

granuliertes Schlackenmehl 56,25 %

Die Platten wurden 21 Tage an Luft erhärten gelassen und besaßen dann folgende Eigenschaften:

HOR - 19,533 MN/m² (2833 p.s.i.)

Dichte - 1097,27 kg/m⁵ (68,5 p.c.f.) Wasserabsorption =» 46,7 %

Beispiel 4

In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 wurden die folgenden, zementartigen Materialien zu Platten verformt;

Chrysotilasbestfasern 10 %

gemahlener Gips 9 %

gelöschter Kalk 2 %

granuliertes Schlackenmehl 79 %

Die Platten wurden 21 Tage an Luft erhärten gelassen und besaßen dann folgende Eigenschaften;

MOR » 23,124 MN/m² ( 3354 p.s.i.)

Dichte - 1468,89 kg/m⁵ (91,7 p.c.f.) Wasserabsorption = 30,8 %

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Beispiele 5 bis 7

In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 wurden"die folgenden zementartigen Materialien zu Platten verformt:

	5	%	Beispiel	7	%
Komponente	12,0	%	6	5-.0
Ghrysotilasbestfasern	2,0		12,0 %	-	%
Polyamidfasern	-		-	10,0	%
Gellulosefasern	-	%	4-,O %	1,0
Polypropylenfasern	21,5	%	-	21,0	%
gelöschter Kalk	64-, 5	21,0 %	63,0
granuliertes Schlacken mehl		63,0 %

Nachdem die Platten 21 Tage an Luft erhärten gelassen worden waren, "besaßen sie die folgenden Eigenschaften:

MOR " Dichte Wassera"bsorption

Beispiel	psi	8	MN/m²	ρ cf	8 4- 0	kg/nr	%	,5 ,5 ,0
5 6 7	3161 2596 1391	21,794- 17,899 9,591	71, 71, 75,		1150,12 114-3,72 1201,38	30 31 30
Beispiel

Eine Zusammensetzung aus 10 % As"bestf asern Sorte ITr. 4·,. 6,3 % gelöschtem Kalk und 63,7 % granuliertem Schlackenmehl wurde auf einer kleinen Plattenherstellungsmaschine, wie sie zuvor beschrieben wurde, verarbeitet, und es wurden Abschnitte aus 6 mm starken i'lachplatten hergestellte Nachdem die Platten 24- Stunden bei Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit erhärten gelassen worden waren, wurde das Abbinden durch Behandlung der Platten im Autoklaven bei einem Dampfdruck von 896,32 kN/m (130 p_os_oi.) während 12 Stunden abgeschlossene

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- ίο -

Nach 24- stündigem Eintauchen in Wasser vor der Untersuchung betrug die mittlere Biegebruchlast bei Eroben von 250 mm χ 250 mm χ 6 mm 64,41 Iq;, dies entspricht einem Bnchciodul (HOR) von 23,235 MN/ia² (3370 pounds force per sq. in.)«

Die Widerstandsfähigkeit gegenüber angesäuertem Wasser war etxtfa 30 % höher als bei Platten mit gleichartigem Fasergehalt, die mit gewöhnlichem Portlandzement abgebunden worden waren.

Entsprechend der in Beispiel 8 gegebenen Beschreibung wurden Platten aus einem zementartigen Material folgender Zusammensetzung hergestellt:

Chrysotilasbestfasern 12,24 % gelöschter Kalk 6,12 %

granuliertes Schlackenmehl 81,64 %

Die Platten wurden 24 Stunden an Luft erhärten gelassen und dann den folgenden Bedingungen in einem Autoklaven unterworfen:

4 Stunden Anstieg des Dampfdruckes von Umgebungsdruck auf 896,32 kIT/m² (130 p.s.i.); 20 Stunden bei 896,32 kN/m² (130 p.s.i.) unter Dampfzuführung; Rückführung auf Umgebungsdruck während 6 Stunden«

Die erhaltenen Eigenschaften waren:

HOR - 28,581 IWm² (3103 p.s.i.)

Dichte = 1746,02 kg/m⁵ ( 109 p.c.fo) Wasserabsorption = 20,3 %

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Beispiel 10

Entsprechend der Beschreibung des Beispieles 9 wurden im Autoklaven "behandelte Platten aus einem zement artigen Material mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Ghrysotilasbestfasern 12,16 %

gelöschter Kalk 6,08 %

granuliertes Schlackenmehl 81,05 %

Büß 0,65 %

Die Platten hatten folgende Eigenschaften:

MOE = 18,74-7 IWm² (2719 p.s.i.)

Dibhte = 1411,23 kg/m⁵ ( 88,1 p.c.f.) Wasserabsorption = 27,4 %

Die Erfindung betrifft ferner eine wäßrige Dispersion eines zementartigen Materials, wie es in der"Beschreibung angegeben isto

Ferner "betrifft die Erfindung solche wäßrigen Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von 4 bis 8 GeWo-%.

Weiterhin betrifft die Erfindung zementhaltige Produkte, welche aus den zementartigen Materialien gemäß der Erfindung oder aus einer solchen wäßrigen Dispersion hergestellt wurden, wobei die Produkte sowohl an Luft erhärten gelassen worden sein können als auch durch Behandlung im Autoklaven abbinden gelassen wurden«

Pat ent ansprüche:

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Claims

Pat entansprüche

1, Zementartiges Material, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 20 bis 92 Gew.-% gemahlener, granulierter Hochofenschlacke, 5 bis 40 Gew.-% faserartigem, verstärkendem Material und "bis zu 35 Gew.-% gelöschtem Kalk oder einem Gemisch aus gelöschtem Kalk und Portlandzement als Aktivator.

2. Zementartiges Material nach Anspruch 1, ge kennzeich net durch einen zusätzlichen Gehalt von bis zu 35 Gew.-% Gips.

3« Zementartiges Material, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 5 bis 40 Gew.-% faserartigem, verstärkendem Material, 3 bis 10 Gew.-% gelöschtem Kalk und bis zu 92 Gew.-% granuliertem Hochofenschlackenmehle

4. Zementartiges Material nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 5»9 bis 6,5 Gew.-% gelöschtem Kalk und 74 bis 85 Gewo-% granuliertem Schlackenmehl, wobei das faserartige, verstärkende Material aus

(a) 9 bis 14 Gew.-% Asbestfasern, (b) 3 bis 6 GeWo-% Glasfasern, (c) 5 bis 20 Gew.-% Schlackenwolle oder (d) 2 bis 4 Gew.-% Stahlfäden besteht.

5. Zementartiges Material, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 3 bis 40 Gew.-% faserartigem, verstärkendem Material, 2 bis 40 Gew.-% gelöschtem Kalk, O bis 40 Gew.-% Gips und bis zu 90 Gew.-% granuliertem Hochofenschlackenmelil.

6. Zementartiges Material nach Anspruch 5» gekennzeich net durch einen Gehalt von 18,7 bi-s 22,8 Gew.-% gelöschten Kalk und 56»2 bis 68,3 Gew.-% granuliertem Schlackenmehl, wobei das faserartige, verstärkende Material aus

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(a) 6 "bis 20 Gew. -% Asbestfasern,

(b) J "bis 6 Gew<,-% Glasfasern,

(c) 5 bis 20 Gew.-% Schlackenwolle,

(d) 2 Ms 4 Gew.-%'Stahlfäden,

(e) 2 bis 6 GeWo-% Fasern aus thermoplastischen oder hitzegehärteten Kunststoffen oder

(f) 1 Ms 5 Gew.-% Cellulosefaser!!

besteht«

7ο Zementartiges Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an Pigment oder Pigmenten«

8. Zementartiges Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an geblähtem Material mit niedriger Dichte, insbesondere Perlit und/oder Vermikulit.

9ο Anwendung des zementartigen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Form einer wäßrigen Aufschlämmung_o

c Ausführungsform nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch einen Fest stoff gehalt von Λ bis 8 Gew.-%.

11. Anwendung des zement artigen Materials nach einem der Ansprü- - ehe 1 bis 9 zur Herstellung von zementhaltigen Produkten.

12o Ausführungsform nach Anspruch 11 .zur Herstellung von an Luft erhärteten Produkten·

13o A^usführungsform nach Anspruch 11 zur Herstellung von durch . Behandlung im Autoklaven erhärteten Produkten_o

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ORIGINAL INSPECTED