DE2318439A1

DE2318439A1 - Verfahren und anlage zur herstellung von gipsformkoerpern

Info

Publication number: DE2318439A1
Application number: DE19732318439
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Astor; Hermann Dipl Chem D Schroedter; Hans Joachim Dipl Chem Semmler; Jens Dipl Chem Dr Tiedemann
Original assignee: Knapsack AG
Current assignee: Knapsack AG
Priority date: 1973-04-12
Filing date: 1973-04-12
Publication date: 1974-10-31
Also published as: BE813412A; NL7404703A; FR2225257A1

Description

KNAPSACK AKTIENGESELLSCHAFT -

Verfahren und Anlage zur Herstellung von Gipsformkörpern

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Gipsformkörpern durch Eingiessen einer wäßrigen Aufschlämmung von Gips-Halbhydrat in Formen, Austragen und Trocknen der verfestigten Formkörper. Als Gipsformkörper werden in diesem Zusammenhang Elemente, Bauteile, Platten, Fliesen und ähnliche Körper aus Gips, insbesondere Gipszwischenv/andplatten und andere Gipsbauplatten, bezeichnet, die nach einem Gießverfahren produziert v/erden.

Die aus α- und/oder ß-Halbhydrat hergestellte Aufschlämmung erstarrt in der Form zum Dihydrat. Die Bildungs- und Wachstumsgeschwindigkeit der Dihydratkrxstallite bestimmt das Abbindeverhalten - die Versteifung - der Aufschlämmung. Als Maß für das Versteifen gelten die in der DIN-Vorsehrift 1168 festgelegten Richtlinien. Danach wird unter Versteifungsbeginn der Zeitpunkt verstanden, bei dem die Ränder eines durch den Gipsbrei geführten Messerschnittes nicht mehr zusammenfließen. Als Versteifungsende wird der Zeitpunkt festgelegt, bei dem bei 2 Eindrücken auf dem Gipskuchen kein Wasser mehr am Eindrucksrand erscheint.

Die Herstellung von Gipsplatten geschieht bekanntermaßen wie folgt:

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Aus einem α- oder ß-Gipshalbhydrat wird mit Wasser eine breiige Aufschlämmung bereitet. Die Menge an Gips, die von 100 g Wasser gerade noch aufgenommen wird, bezeichnet man als Einstreumenge nach DIN 1168. Je nach Art der herzustellenden Platten (Leichtbauplatten oder Estrichfliesen) kann die Einstreumenge zwischen etwa 60 und 400 g variieren.

Die aus der gewünschten Einstreumenge und Wasser hergestellte Aufschlämmung wird homogenisiert und über eine Gießwanne in meist senkrecht stehende Formkammern eingegossen. Nachdem das Abbinden beendet ist, wird das Formstück aus der Kammer ausgedrückt, dann getrocknet und versandfertigt gemacht.

Der Schritt, der den gesamten Arbeitsablauf zeitlich bestimmt, ist das Abbinden. Die Zeit bis zum Ende der Versteifung (Gesamtabbindezeit) muß regulierbar sein. Dies bedeutet in der Praxis/ daß diese Gesamtabbindezeit minimal sein soll, um bei chargenweisem Betrieb die, Taktzeit möglichst kurz zu halten oder um bei kontinuierlichen Anlagen den Raumbedarf zu verringern.

Das oc-Halbhydrat, insbesondere das aus der Phosphorsäureproduktion stammende oc-Halbhydrat ("Chemiegips")» ist gegenüber dem ß-Halbhydrat kompakter und besser kristallin. Die Gesamtabbindezeit ist dadurch jedoch meistens langer; hier ist man deshalb besonders bestrebt, diesen Zeitabschnitt zu verkürzen.

Man hat mit unterschiedlichem Erfolg versucht, durch Zugabe von als Anreger wirksamen Chemikalien die Gesamtabbindezeit herabzusetzen.

Die zugesetzten Chemikalien, z.B. Kalisalze, wie Kaliwasserglas, verändern aber durch Doppelsalzbildung oder durch Porenveränderungen auch andere wertvolle Eigenschaften der

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Formkörper, so daß ein universeller Einsatz dieser Anreger nicht in Frage kommt. Für Spezialfälle, z.B. Estrich auf Anhydritbasis, hat sich jedoch der Zusatz von Anregern bewährt . .

Gemäß DT-PS 846 820 1st es bekannt, bei der Herstellung von Bauteilen aus Anhydrit die nicht fließfähige erdfeuchte Masse in den Formen mit Hilfe von Vibratoren oder Ultraschallgeräten zu verdichten. Es hai-sich gezeigt, daß diese Arbeits weise auf die Verarbeitung von cc- und ß-Halbhydrat nicht übertragbar ist, da es sich in diesem Falle um fließ- und gießfähige Aufschlämmungen handelt. Versuche, derartige Aufschlämmungen in den Formen mit Ultraschall zu behandeln, führten zu inhomogenen und nicht maßhaltigen Formkörpern.

Überraschenderweise v/urde nun ein Weg gebunden, der es erlaubt, die Gesamtabbindedauer von Aufschlämmungen von Gips-Halbydrat in Wasser zu verkürzen, ohne wesentlich von der Qualität (Einstreumenge nach DIN 1168) des Ausgangs-Halbhydrates abhängig zu sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung von Gips-Halbhydrat mit Ultraschall behandelt wird, bevor sie in die Formen gelangt, wobei als Halbhydrat sowohl a-Halbhydrat als auch ß-Halbhydrat oder ein Gemisch beider Halbhydrate verwendet werden kann. Diese Ultraschallbehandlung erfolgt zweckmäßigerweise innerhalb ■eines Zeitraumes bis zu etwa 30 Minuten vor dem Eingießen in die Formen. Dies bedeutet, daß die Ultraschallbehandlung der Aufschlämmung bereits während ihrer Herstellung erfolgen kann. Je nach Art der herzustellenden Formteile wird eine Aufschlämmung eingesetzt, die pro 100 g Wasser etwa 60 bis 400 g Halbhydrat enthält. Die Dauer der Ultraschallbehandlung

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der Aufschlämmung soll etwa 10 see. bis 25 Minuten betragen. Vorteilhafterv/eise wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt und die Aufschlämmung während der Ultraschallbehandlung ' in Bewegung gehalten. Dies läßt sich auf besonders einfache Weise dann erreichen, wenn die Aufschlämmung direkt beim Ein-.gießen in die Formen.-mit Ultraschall behandelt wird.

Erfolgt die Ultraschallbehandlung der Aufschlämmung außerhalb der Formkammern unter Bewegung, so treten iin Gegensatz zu einer Behandlung in den Kammern keine ungleichmäßigen Abbindezeiten und damit Qualitätsminderungen der erzeugten Produkte auf. Die Zusammensetzung der Aufschlämmung kann in weiten Grenzen schwanken, so etwa zwischen 60 g (Leichtbauplatten) und 400 g Halbhydrat pro 100 g V/asser.

Bei der Herstellung von Zwischenwandplat^Joen liegt der HaIbhydratgehalt der Aufschlämmung vorzugsweise zwischen 75 g und 150 g pro 100 g Wasser.

Bei der Herstellung von Fußbodenplatten und ähnlichen Formteilen mit tragenden oder halbtragenden Funktionen ist ein höherer Halbhydratgehalt erforderlich.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen u.a. darin, daß man auch solche Halbhydrate, die hohe Einstreumengen gemäß DIN 1168 ergeben würden, selbst dann einsetzen kann, wenn für die Herstellung der gewünschten Formkörper nur Aufschlämmungen mit relativ geringen Halbhydratkonzentrationen erforderlich sind. So lassen sich beispielsweise aus einem a-Halbhydrat, das eine Einstreumenge von 250 g/100 g Η,-,0 aufweist, ohne weiteres Aufschlämmungen herstellen, die, obwohl sie nur 80 g Halbhydrat pro 100 g HpO enthalten, nicht sedimentierende homogene Gießmassen darstellen, aus denen beim Abbinden kein Wasser mehr austritt.

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Nach den bekannten Methoden würde man in diesem Falle stark sedimentierende Massen erhalten, aus denen bei der sehr langsamen Versteifung ein großer Teil des Wassers austreten und so eine Weiterverarbeitung zu Formteilen erschwert würde oder die zu inhomogenen Formkörpern führen wurden. Dieser Vorteil des Einsatzes von Halbhydrat mit sehr hohen maximalen Einstreumengen für leichtere Bauteile ist besonders für aus sogenanntem "Chemiegips" bereitetem oc-Halbhydrat interessant, da das meist kompakt kristalline. oc-Halbhydrat, wie oben erwähnt, hohe Einstreumengen und lange Abbindezeiten aufweist.

Ein allgemeiner technischer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß man die Schallenergie in einfacher, arbeits- und raumsparender Weise auf die Aufschlämmung übertragen kann und dass Ultraschallgeräte nur sehr wenig reparaturanfällig sind.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Anlage bewährt, die in den nachfolgenden Figuren 1 bis 3 wiedergegeben ist und die aus einem Behälter 1, der zur Herstellung der Gips-Halbhydrataufschlämmung dient, und einem Ultraschallgenerator 2 besteht. Dieser Behälter 1 kann kipp- und schwenkbar gelagert und in Verbindung mit dem Ultraschallgenerator 2 als Schwingwanne ausgebildet sein. (Fig. 1) Ferner kann der Behälter 1 einen Ablaufstutzen tragen. Außerdem kann die Anlage noch zusätzlich aus einem gegebenenfalls beweglich angebrachten Rührwerk 3 bestehen, das ■ in den Innenraum des Behälters T hineinreicht. Eine weitere Ausgestaltung der Anlage besteht darin, daß der Ultraschallgenerator 2 mit einem gegebenenfalls beweglich angebrachten Schwingkopf 4 verbunden ist, der bis in den Innenraurn des Behälters 1 reicht (Fig. 2). Insbesondere bei kontinuier-

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licher Arbeitsweise empfiehlt es sich, den Ultraschallgenerator 2 mit dem Schwingkopf 4 so zu installieren, daß der Schwingkopf 4 in den aus dem Behälter 1 durch dessen Ablaufstutzen 5 abfließenden Strahl des Behälterinhaltes eintaucht (Fig. 3).

Eine weitere Möglichkeit des Verfahrens kontinuierlich zu gestalten besteht darin, daß' man die Aufschlämmung über die Schwingwanne hinweg-führt.

Die in die Aufschlämmung abgegebene Schall-Leistung kann in weiten Grenzen gewählt werden, doch sollte sie pro g Substanz nach Möglichkeit über 0,01 Watt liegen, um die Einwirkungszeit des Ultraschalls kurz zu halten.

In diesem Zusammenhang wird unter Ultraschall ein Schall mit Frequenzen über 18 KHz verstanden. In den nachfolgenden Beispielen 5 bis 11 wurden Schallquellen mit 20 und .21 KHz eingesetzt.

Die nachfolgenden Beispiele 1 bis 4 beschreiben das Abbindeverhalten von Gips-Halbhydrateri bei der Herstellung von Formkörpern nach dem Stand der Technik.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die darauffolgenden Beispiele 5 bis 11 charakterisiert. Dabei zeigt.insbesondere ein Vergleich der Beispiele 4 und 5 den großen technischen · Fortschritt der Arbeitsweise gemäß der vorliegenden Erfindung .

Beispiel 1

Ein handelsüblicher Baugips, überwiegend aus ß-Halbhydrat bestehend, wurde nach der DIN-Vorschrift 1168 geprüft. Dazu wur-

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den bei einer-Einstreumenge von 150 g auf 100 g Wasser 3 Minuten nach Einstreubeginn Prismen mit Abmessungen von 4 χ 4 χ 16 cm gegossen, die zufriedenstellend ausfielen. Der Versteifungsbeginn erfolgte an den ausgebreiteten Probekuchen nach 5 bis 6 Minuten und das Versteifungsende war nach 16 bis 18 Minuten erreicht.

Beispiel 2

Ein Baugips, gemäß Beispiel 1, wurde bei einem Verhältnis von 100 g Wasser zu 100 g Gips analog Beispiel 1 geprüft. Der Versteifungsbeginn erfolgte nach 10 Minuten, das Versteifungsende war nach etwa 26 Minuten erreicht.

Beispiel 3

Es wurde ein a-Halbhydrat (Chemiegips) mit einer Einstreumenge nach DIN 1168 von 240 g Gips zu 100 g Wasser geprüft. Die nach 3 Minuten gegossenen Prismen fielen zufriedenstellend aus. Die Versteifung setzte nach 12 bis 14 Minuten ein und das Versteifungsende wurde nach 30 bis 32 Minuten erreicht.

Beispiel 4

Aus einem a-Halbhydrat, gemäß Beispiel 3, wurde im Verhältnis 100 g Wasser zu 100 g Gips eine Aufschlämmung hergestellt und analog Beispiel 1 geprüft. Es ergab sich folgendes: ··===—

Die Aufschlämmung ließ sich nur mühevoll homogenisieren, auch ein unter Rühren bereiteter Gipsbrei neigte zur Sedimentation.

In jedem Fall sonderten die nach DIN 1168 zur Prüfung erforderlichen Probekuchen Wasser ab. Eine exakte Messung war unmöglich. Abschätzen ließ sich ein Versteifungsbeginn im Bereich von 38 bis 45 Minuten. Das Versteifungsende war noch schwe-

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rer abzuschätzen, da sich Wasser auf dem Probekuchen ansammelte, es lag bei etwa 1,5 Stunden. Die gegossenen Probekörper (4 χ 4 χ 16 cm) waren unbrauchbar.

.Die Probekörper waren nicht maßhaltig und ungleichmäßig erhärtet (unten hart, oben extrem weich).

Die Beispiele 5 bis 11 wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt.

Beispiel 5

800 g a-Halbhydrat, gemäß Beispiel 3 und 4, wurden innerhalb von 2 Minuten in 800 g Wasser eingestreut. Die entstandene Aufschlämmung wurde 5 Minuten bei Raumtemperatur unter leichtem Rühren mit Ultraschall (20 KHz) und einer wirksamen Leistung von ca. 100 bis 130 Watt beschallt.

Durch die Ultraschallbehandlung wurde die ursprünglich dünnflüssige Aufschlämmung homogen und neigte nicht mehr zur Sedimentation. Nach 9 Minuten - vom Einstreubeginn an gerechnet - wurden die Probekuchen und die Formkörper gegossen. Der Versteifungsbeginn lag bei ca. 15 Minuten, das Versteifungsende wurde nach ca. 34 bis 35 Minuten erreicht. Die Probekörper waren voll befriedigend, die gegossenen Formkörper fielen in bezug auf Abmessungen, Härte und Gleichmäßigkeit wunschgemäß aus.

Beispiel 6

Analog Beispiel 5 wurden 1200 g a-Halbhydrat in 1200 g Wasser eingestreut, in einer Schwingwanne 7 Minuten mit Ultraschall (20 KHz, Leistungsabgabe 20 bis 60 Watt) beschallt. Der Versteifungsbeginn lag bei 15 bis 16 Minuten, das Versteifungsende bei 33 bis 35 Minuten.

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Beispiel 7

Analog Beispiel 5 und 6 wurden 100 g a-Halbhydrat in 100 g Wasser eingestreut und 90 Sekunden in einem Becher an einem .Schwingkopf beschallt (20 KHz, Leistungsabgabe 100 bis 130 Watt). Der Versteifungsbeginn lag bei etwa 9 Minuten, das Versteifungsende bei ca. 32 Minuten.

Beispiel 8

Analog Beispiel 7 wurden 2AO g a-Halbhydrat in 100 g Wasser eingestreut und 15 Sekunden beschallt. Der Versteifungsbeginn lag bei 8 Minuten, das Versteifungsende bei 19 Minuten.

Beispiel 9

500 g a-Halbhydrat wurden analog den Beispielen 3 bis 7 in 500 g Wasser eingestreut und mit Ultraschall von 21 KHz 5 Minuten beschallt (Leistung etwa 10 bis 30 Watt). Der Versteifungsbeginn lag bei 14 Minuten, das Versteifungsende bei ca. 40 Minuten.

Beispiel 10 ·

150 g eines handelsüblichen Baugipses, analog Beispiel 1 und 2, wurden in 100 g Wasser eingestreut und 30 Sekunden (20 KHz, ca. 100 bis 150 Watt) beschallt. Der Versteifungsbeginn lag bei 4 bis 5 Minuten, das Ende bei 8 bis 9 Minuten.

Beschallte man 60 Sekunden, so ergaben sich 3 bis 4 Minuten für den Beginn und 4 bis 5 Minuten für das Ende der Versteifung.

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Beispiel 11 ·

1200 g Baugips nach Beispiel 1 und 2 wurden iri 1200 g Wasser · eingestreut und 3 Minuten bei 20 KHz (20 bis 60 Watt) beschallt. Der Beginn der Versteifung lag bei 5 bis 6 Minuten, das Ende bei 12 bis 13 Minuten, Wurden 2500 g Baugips in 2500 g V/asser eingestreut und unter den gleichen Bedingungen 90 Sekunden beschallt, so erfolgte der Versteifungsbeginn nach ca. 7 Minuten und die Versteifung war ,»ach etwa 15 Minuten' beendet.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gipsformkörpern durch Eingießen einer wäßrigen Aufschlämmung von Gips-Halbhydrat in Formen, Austragen und Trocknen der verfestigten Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung mit Ultraschall behandelt wird, bevor sie in die Formen gelängt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbehandlung vor dem Eingießen innerhalb eines Zeitraumes bis zu etwa 30 Minuten erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 ,oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbehandlung der Aufschlämmung bereits während ihrer Herstellung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschlämmung eingesetzt wird, die pro 100 g Wasser etwa 60 bis 400 g Halbhydrat enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß.als Halbhydrat oc-Halbhydrat oder ß-Halbhydrat oder ein Gemisch beider Halbhydrate eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung etwa 10 see. bis 25 Minuten lang mit Ultraschall behandelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung während der Ultraschallbe-

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handlung in Bewegung gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung beim Eingießen in die Formen mit Ultraschall behandelt wird.

10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Behälter (1) und einem Ultraschallgenerator (2) besteht.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) kipp- und/oder schwenkbar angeordnet ist.

12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,

daß an dem Behälter (1) ein Ablaufstutzen (5) angebracht ist,

13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich noch aus einem gegebenenfalls beweglich angebrachten Rührwerk (3) besteht, das in den Innenraum des Behälters (1) hineinreicht.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (2) mit dem als Schwingwanne ausgebildeten Behälter (1) verbunden ist.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (2) mit eirle"m gegebenenfalls beweglich angebrachten Schwingkopf (4) verbunden ist, der in den Innenraum des Behälters (1) hineinreicht. .

16. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (2) mit einem Schwing-

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kopf (4) verbunden, ist, der so angeordnet ist, daß er in einen aus dem Behälter (1) durch dessen Ablaufstutzen (5) abfließenden Strahl des Behälterinhaltes eintaucht.

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