DE2522537B2

DE2522537B2 -

Info

Publication number: DE2522537B2
Application number: DE2522537A
Authority: DE
Inventors: Masanobu Sagamihara Kanagawa Fujii; Kuniomi Tokio Suzuki
Original assignee: Taisei Kensetsu Kk Tokio
Current assignee: Taisei Kensetsu Kk Tokio
Priority date: 1974-05-21
Filing date: 1975-05-21
Publication date: 1978-07-06
Also published as: JPS50148424A; US4018963A; GB1495842A; DE2522537A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von großen leichten Ettringit enthaltenden Gipskörpern für Bauzwecke, die bisher nur schwer zu erzeugen waren.

Bisher gab es viele Probleme bei der Verwendung von Gips (CaSO₄ · 2 H₂O) als Baumaterial. Der Gips erzeugt Wärme und dehnt sich zur Zeit seines Härtens aus, so daß, wenn großstückige Bauelemente, wie in der ganzen Breite gleich dicke (beispielsweise 10 cm oder 15 cm dicke) Bauelemente, Bauelemente mit örtlich unregelmäßigen und stark verschiedenen Dicken beziehungsweise in einem starren Formkasten geformte Bauelemente, aus Gips hergestellt werden, sich Störungen beziehungsweise Schwierigkeiten, wie das Auftreten von Brüchen beziehungsweise Rissen und Formtrennschwierigkeiten, zeigen. Selbst wenn Stahlelemente zur Verstärkung beziehungsweise Bewehrung eingesetzt werden, gibt es Probleme, wie das Auftreten von Rost und eine unzureichende Haftung, und so wurde es für sehr schwierig gehalten, Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselemente für Gips in derselben Weise wie im Falle von verstärktem beziehungsweise bewehrtem Beton zu verwenden.

Aus der deutschen Patentschrift 12 05 880 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Feuerwiderstandsfähigkeit von Baustoffen und Bauteilen aus Gips oder Anhydrit, bei welchem Aluminiumsulfat und Kalkhydrat im Gewichtsverhältnis von 1 :1 dem Gips beziehungsweise Anhydrit in Anteilen von 3 bis 30% sowie Wasser zugesetzt werden, bekannt. Dabei bildet sich bei der Herstellung des Baustoffes beziehungsweise der Bauplatte in situ Ettringit. Dieses bekannte Verfahren hat aber den erheblichen Nachteil, daß es zu keiner gleichmäßigen Verteilung des Ettringites in der Mischung führt. Es kann wegen des Werfens beziehungsweise Verziehens nach dem Trocknen auch kein genauer Körper erhalten werden, insbesondere wenn ein Körper mit einer Dicke von mehr als 25 mm herzustellen ist. Ferner ist es unmöglich, durch die ■-> Ettringitbildung nach der genannten Druckschrift Ettringit in einer Menge von mehr als 30 Gew.-%, bezogen auf den Anhydrit beziehungsweise das Gipshalbhydrat, in die Mischung zu bringen, weswegen die Menge des Aluminiumsulfates und Kalkhydrates in der deutschen Patentschrift 12 05 880 entsprechend begrenzt ist. Weiterhin muß nach dem genannten bekannten Verfahren zur Vermeidung eines zu raschen Härtens der Mischung eine größere Menge Verzögarer verwendet werden. Ferner ist beim genannten bekannten Verfahren ein großer Überschuß des Kalkhydrates erforderlich, wodurch die Feuerbeständigkeit der Masse nachteilig beeinflußt wird, indem das nicht durch die Ettringitbildung verbrauchte in der Masse verbleibende Kalkhydrat durch Reaktion mit Kohlendioxyd zu Calciumcarbonat umgewandelt wird, welches erst bei sehr hoher Temperatur zersetzt wird.

Ferner ist in der US-Patentschrift 20 01245 ein Verfahren zur Verbesserung der Dispersionsfähigkeit von Calciumsulfaten durch Einarbeiten von geringen

2ί Mengen einer löslichen Aluminiumverbindung und von Kalk beschrieben. Abgesehen davon, daß dieses bekannte Verfahren auf die Papierherstellung gerichtet ist, wird auch nach diesem kein vorgebildeter Ettringit, sondern Kalk und eine Aluminiumverbindung wie Aluminiumsulfat oder Alaun in geringeren Mengen verwendet. Daher hat dieses bekannte Verfahren im wesentlichen die oben erörterten Nachteile des Verfahrens der deutschen Patentschrift 12 05 880.

Weiterhin wird nach der deutschen Patentschrift

ji 12 28 544 zur Herstellung von Anhydritformkörpern Aluminiumsulfat zu einem Bindemittelbrei von Anhydrit zugegeben und dadurch Aluminiumhydroxyd gefällt, und dieser Aluminiumhydroxydfällung wird Calciumoxyd oder Calciumhydroxyd zugesetzt, wobei diese in geringen Mengen verwendeten Zusätze lediglich als Anreger wirken. Dabei wird aber nur ein kleiner Teil des Aluminiumhydroxyds zu Calciumaluminat umgesetzt. Auch dieses bekannte Verfahren hat also im wesentlichen die oben erörterten Nachteile des Verfahrens der deutschen Patentschrift 12 05 880, wobei diese in Anbetracht der beim Verfahren der deutschen Patentschrift 12 28 544 verwendeten noch viel geringeren Mengenanteile des Aluminiumsalzes und des Kalkhydrates und der nur minimalen Umsetzung derselben miteinander, wodurch praktisch überhaupt keine Ettringitwirkung entsteht, noch viel ausgeprägter sind.

Nach der.deutschen Auslegeschrift 12 50 327, welche ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen mit Kerngefüge aus Porengips oder Porenanhydrit und beidseitiger nicht poröser Deckschicht gleicher stofflicher Herkunft betrifft, wird wiederum kein vorgebildeter Ettringit, sondern Kalk und Aluminiumsulfat und noch dazu in verhältnismäßig geringer Menge verwendet. Daher gilt hinsichtlich der Nachteile dieses

bo Verfahrens ebenfalls im wesentlichen das in bezug auf die deutsche Patentschrift 12 05 880 Dargelegte.

Schließlich wird nach der US-Patentschrift 22 16 555 eine Mischung aus einem wasserlöslichen Sulfat, wie Aluminiumsulfat, Kalk und einem Verzögerer in einer

(,5 Menge von bis zu 2%, also ebenfalls kein vorgebildeter Ettringit, als Zusatz für Gips verwendet. So hat auch dieses bekannte Verfahren im wesentlichen die oben erörterten Nachteile des Verfahrens der deutschen

Patentschrift 12 05 880. Auch geht aus der genannten Druckschrift hervor, wie kritisch die Einstellung des Anteiles des Kalkes in bezug auf die Eigenschaften des erhaltenen Produktes ist und wie schädlich ein Kalküberschuß, wie er auch in der deutschen Auslegeschrift 12 05 880 verwendet wurde, im Sinne einer vorzeitigen und ungleichmäßigen Verfestigung beziehungsweise Verdickung ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der Nachteile der bekannten Verfahren und ι ο Gipsmaterialien ein neues Verfahren zur Herstellung von großen leichten Ettringit enthaltenden Gipskörpern mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten und besserer Feuer- und Wasserbeständigkeit bei ausgezeichneter Haftung der eingesetzten Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselemente für Bauzwecke zu schaffen, bei welchem eine sehr gleichmäßige Verteilung des Ettringites, auch bei Verwendung von hohen Anteilen desselben, in der Mischung erreicht werden kann, auch bei dicken Körpern und Körpern komplizierter Form eine sehr gute Form- und Maßgenauigkeit erzielt werden kann und keine größere Menge Verzögerer und kein Kalküberschuß verwendet werden muß.

Das Obige wurde überraschenderweise durch die Erfindung erreicht 2i

Es wurde nämlich durch viele Forschungen überraschenderweise festgestelt, daß die obige Aufgabe durch die Verwendung von vorgebildetem Ettringit

30

(3 CaO · AI2O3 · 3 CaSO₄ ■ 32 H₂O)

gelöst werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von großen leichten Ettringit enthaltenden Gipskörpern für Bauzwecke durch Vermischen von Anhydrit beziehungsweise Calciumsulfathalbhydrat mit aluminium- und calciumhaltigen Materialien sowie gegebenenfalls mit Fasern und/oder leichten Zuschlagstoffen, durch Anordnen von Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselementen in der mit Wasser angemachten Mischung und durch Abbindenlassen der Mischung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Mischung abbinden gelassen wird, die als aluminium- und calciumhaltiges Material einen vorgebildeten Ettringit, welcher durch Vermischen eines bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium anfallenden aluminiumhaltigen Schlammes mit Gips und Kalk in einem Verhältnis von 1 :3 :3, berechnet als AI2O3, CaSO₄ und CaO, in Gegenwart von Wasser erhalten worden ist, in einer Menge von 30 bis 70 Gew.-%, bezogen auf den Anhydrit beziehungsweise das Calciumsulfathalbhydrat, enthält.

Der Ettringit hat eine hohe Affinität zu Gips und enthält auch eine große Menge Kristallwasser, und daher ist der Ausdehnungskoeffizient des Materials niedrig und so kann das Auftreten von Brüchen beziehungsweise Rissen zur Zeit des Härtens bei der Herstellung von Körpern aus ihm verhindert werden. bO

Ferner dient die Gegenwart von Ettringit zum Alkalischmachen der Mischung, und aus diesem Grunde ist die Rostschutzbehandlung der einzusetzenden Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselemente vereinfacht;.er dient gleichzeitig auch zur Sicherstellung der Haftung der Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselemente. So sind die Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselemente wirkungsvoll, und durch die Ermöglichung der Anordnung von Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselementen im Material ist wiederum das Formen von großstückigen Körpern möglich geworden.

Ein. weiterer Vorzug der Erfindung besteht darin, daß, da Ettringit leichter als Gips ist, das Gipsmaterial durch das Einarbeiten von Ettringit an sich leicht gemacht werden kann.

Der Ettringit dient auch zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit des Baumaterials, da er eine große Menge Kristallwasser enthält, und er trägt auch zur Wasserbeständigkeit beziehungsweise Wasserdichtheit des Baumaterials bei, da er sich zum Unterschied von Gips in Wasser nicht löst.

Im Gegensatz zu allen bekannten Verfahren wird erfindungsgemäß vorgebildeter Ettringit verwendet, wobei ferner eine größere Menge desselben in der erhaltenen Mischung vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich vom Verfahren der deutschen Patentschrift 12 05 880 aber auch noch in einer weiteren wesentlichen Hinsicht. Der erfindungsgemäß verwendete Ettringit ist nämlich ein solcher vorgebildeter Ettringit, welcher durch Vermischen eines hauptsächlich aus Aluminiumhydroxid bestehenden aluminiumhaltigen Schlammes mit Gips und Kalk erhalten worden ist, während die Bildung des Ettringites in situ nach dem genannten bekannten Verfahren aus Aluminiumsulfat, Calciumhydroxyd und Wasser erfolgt, so daß es sich um 2 verschiedene Materialien, die nach verschiedenen Verfahren erhalten worden sind, handelt.

Aus dem Obigen geht hervor, daß man die Nachteile, wie die vielfach nicht befriedigende Feuerwiderstandsfähigkeit, die mit der Verwendung von Gipsmaterialien verbunden waren, wohl kannte, jedoch zur versuchten Behebung derselben einen ganz anderen Weg als den erfindungsgemäßen einschlug, indem man die Verwendung eines nachteiligen Kalküberschusses vorschlug. Gegenüber der nachgewiesenen Vielzahl von anderen Lösungsversuchen ist es eine überraschende erfinderische Leistung, zum ersten Mal durch die Verwendung von vorgebildetem Ettringit unter Behebung der Nachteile des Standes der Technik in jeder Hinsicht optimale Eigenschaften aufweisende Produkte hergestellt zu haben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können leichte und großstückige Gipskörper so einfach wie im Falle der Herstellung von Mörtel beziehungsweise Beton unter Erzielung von gehärteten Körpern, welche sehr komplizierte Formen haben können, hergestellt werdet..

Als Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselemente sind mit einem Rostschutzmittel behandelte Stahlelemente, insbesondere Stahlrundstäbe mit Durchmessern von 3,2 bis 22 mm, und/oder Aluminiumelemente bevorzugt.

Die Fasern können anorganische Fasern, insbesondere Kohlefasern, Aluminiumfasern beziehungsweise aluminiumhaltige Fasern und/oder Glasfasern, und/oder organische Fasern, insbesondere Polyamid-, Polyester-, Acryl-, Polyalkylen- und/oder Reyonfasern, sein.

Diese anorganischen beziehungsweise organischen Fasern sind vorzugsweise solche mit Durchmessern von 2 bis 25 μ und Längen von 3 bis 25 mm.

Die leichten Zuschlagstoffe können natürliche leichte Zuschlagstoffe, modifizierte beziehungsweise überzogene natürliche leichte Zuschlagstoffe und/oder künstliche leichte Zuschlagstoffe sein. Bevorzugte Zuschlagstoffe sind gegebenenfalls mit einem Zementbreiüberzug

versehene Lapilli, vulkanische Aschen, Abarten, Ab- Tabelle

Wandlungen beziehungsweise Umwandlungsprodukte

derselben und/oder geblähte beziehungsweise ausgeblätterte Schiefer, Tone, Perlite und/oder Kohlenaschen, insbesondere solche mit Teilchendurchmessern ^r,

von 0,3 bis 20 mm.

Es können auch für Gipskörper allgemein verwendete Zusätze, insbesondere Härtungsverzögerer, beispielsweise Kaliumeitrat, Citronensäure und/oder Cala'um-2-ketogluconat, und/oder Dispergiermittel, ohne Beein- κι trächtiguog der erfindungsgemäßen Wirkungen verwendet werden.

Der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Ettringit hat eine hohe spezifische Wärme, und es ist eine große Menge Wasser in seine Kristalle einge- \-> schlossen.

Das durch Vermischen eines bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium anfallenden aluminiumhaltigen Schlammes mit Gips und Kalk in einem Verhältnis von 1 :3 :3, berechnet als Al₂O₃, CaSG₄ und CaO, in 2<i Gegenwart von Wasser erhaltene pastenähnliche Ettringitprodukt kann unmittelbar oder nach dem Trocknen desselben bei erhöhter Temperatur, wie 400 bis 600⁰C, während eines ausreichenden Zeitraumes, beispielsweise 30 Minuten, zu einem trockenen Pulver im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.

Die Erfindung wird an Hand des folgenden Beispieles näher erläutert.

Probe Nr. I

Bestandteile

Gipshalbhydral

Ettringit

Fasern Verzögerer

Dispergiermittel

Wasser Eigenschaften

Spezifisches
Gewicht
Biegefestigkeit
Druckfestigkeit
Ausdehnungskoeffizient
(nach
24 Stunden)

565 kg
351 kg
5,7 kg
34 1
28,31
487 i

1,07

48 kg/cm²
80 kg/cm*

675 kg 284 kg 6,8 kg 20,31 33,81 5081

1,13

50 kg/cm² 112 kg/cm²

806 kg 256 kg 8,1 kg 48,41 40,31 4301

1,26

53 kg/cm² 174 kg/cm² 0,009%*)

Beispiel

*) Er beträgt OJ bis 0,2% bei einem üblichen Gipskörper.

In der folgenden Tabelle 2 sind die Bindefestigkeit zwischen gewöhnlichem Beton und Stahl und die Bindefestigkeit zwischen der erfindungsgemäß hergestellten Probe Nr. 3 der Tabelle 1 und Stahl verglichen.

Tabelle 2
Bindefestigkeit

zwischen einerseits

und andererseits

Es wurden Gipshalbhydrate (für Formen für keramisches Material), Ettringit, Glasfasern mit Durchmessern von etwa 9 μ und Längen von etwa 6 mm, Kaliumeitrat als Härtungsverzögerer, ein flüssiger Zusatz ohne Chlor und mit der Wirkung des Dispergieren der Gipsteilchen bei der Hydratation, nämlich eine anionaktive Melaminharzlösung mit Natriumsulfonatgruppen als Dispergiermittel und Wasser, in den in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Verhältnissen miteinander vermischt und dann zu Proben geformt. Ihre physikalischen Eigenschaften sind ebenfalls in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.

Der bei der Herstellung der obigen Proben verwendete Ettringit war ein pastenähnliches Produkt, welches durch Vermsichen eines aluminiumhaltigen Schlammes (wurde von der Oberflächenbehandlung von Aluminium abgeführt), von Gips und Kalk in einem Verhältnis von 1:3:3 (berechnet als AI2O3, CaSO₄ und CaO) in Gegenwart von Wasser hergestellt worden ist.

Die in der folgenden Tabelle 1 angegebtt.en Proben, in welche der obige Ettringit eingearbeitet war, waren alkalisch mit einem pH-Wert von 10 bis 12, so daß die Rostschutzbehandlung der einzusetzenden Stahlstäbe vereinfacht und gleichzeitig die Haftimg der Stäbe sichergestellt war.

	Stahlrundstab mit einem	übli	bezie- der er-
	Durchmesser von 9 mm	chem	hungs- findungs-
	(mit einem Kcrrosions-	Beton	weise gemäßen
	₄₅ schutzanstrich)		Probe
40	Verformter Stahlstab		Nr. 3
(verzinkt)	19 kg/cm²») 34,6 kg/cm²






54 kg/cm*") 48,3 kg/cm²

Bei einer Druckfestigkeit von 130 kg/cm². Bei einer Druckfestigkeit von 167 kg/cm².

Es wurde eine erfindungsgemäße großstückige (3,6 m χ 2,4 m) Fensterwandplatte und tine erfindungsgemäße großstückige (4,0 m χ 1,6 m) Balkendachplatte an sich analog der Arbeitsweise wie im Falle der Herstellung von verstärkten beziehungsweise bewehrten Betonbauelementen hergestelt, wobei aber weder Brüche beziehungsweise Sprünge noch eine Trennung von eingebetteten Bestandteilen eintraten.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von großen leichten Ettringit enthaltenden Gipskörpern für Bauzwecke durch Vermischen von Anhydrit beziehungsweise Calciumsulfathalbhydrat mit aluminium- und calciumhaltigen Materialien sowie gegebenenfalls mit Fasern und/oder leichten Zuschlagstoffen, durch Anordnen von Verstärkungs- beziehungsweise Bewehrungselementen in der mit Wasser angemachten Mischung und durch Abbindenlassen der Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung abbinden läßt, die als aluminium- und calciumhaltiges Material einen vorgebildeten Ettringit, welcher durch Vermischen eines bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium anfallenden aluminiumhaltigen Schlammes mit Gips und Kalk in einem Verhältnis von 1 :3 :3, berechnet als AI2O3, CaSO₄ und CaO, in Gegenwart von Wasser erhalten worden ist, in einer Menge von 30 bis 70 Gew.-%, bezogen auf den Anhydrit beziehungsweise das Calciumsulfathalbhydrat, enthält.