DE2618486C3

DE2618486C3 - Process for the production of lightweight building materials

Info

Publication number: DE2618486C3
Application number: DE19762618486
Authority: DE
Inventors: Michel Antony Sleghem (Frankreich)
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1975-04-29
Filing date: 1976-04-27
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2618486A1; DE2618486B2; BR7602573A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbaustoffen, die sich als nichtbrennbares Bau- und Isoliermaterial eignen und sich auszeichnen durch gleichmäßige Porosität und hohe FestigkeitThe invention relates to a method for the production of lightweight building materials that are non-combustible and insulating material are suitable and are characterized by uniform porosity and high strength

Es ist bekannt, Baustoffe auf der Basis von expandiertem Alkalisilicat mit Hilfe zweistufiger Verfahren herzustellen, bei denen zunächst die wäßrige Alkalisilicatlösung mit einer gasabspaltenden und damit porenbildenden Verbindung gemischt und das Gemisch durch Erwärmen expandiert oder aufgebläht wird; häufig muß noch getrocknet und abgekühlt werden. Nachteilig an porenbildenden organischen Verbindungen ist die mangelnde Feuerbeständigkeit der damit hergestellten Baustoffe. Es bestand also ein großer Bedarf nach wärme- und schallisolierenden Baustoffen, die brennbare oder bei Bränden giftige Gase entwikkelnde organische Schaumstoffe ersetzen können.It is known that building materials based on expanded alkali metal silicate can be produced with the aid of two-stage processes produce, in which initially the aqueous alkali metal silicate solution with a gas-releasing and thus pore-forming compound is mixed and the mixture is expanded or inflated by heating; often it has to be dried and cooled down. A disadvantage of pore-forming organic compounds is the lack of fire resistance of the building materials made with it. So there was a big one There is a need for heat and sound insulating building materials that develop flammable or toxic gases in the event of a fire Can replace organic foams.

Es ist bekannt, daß feine Metalle, die in wäßrigalkalischem Medium aufgrund exothermer Reaktion Wasserstoff freisetzen, porenbildend wirken. Es wurde bereits versucht, die Reaktion von feinem Aluminium für die Herstellung von Porenbeton und Schaumstoffen, ausgehend von Alkalisilicaten, auszunutzen (US-PS 96 112). Man erhält dabei leichte, aber bröckelige oder zerreibbare Produkte, die infolgedessen als Fertigteile begrenzte Verwendung finden. Die Dichte bzw. das Raumgewicht kann durch Zusatz von inerten Füllstoffen zu dem Ausgangsgemisch erhöht werden (FR-AS 2060 353). Bei diesem Verfahren muß jedoch sehr lang auf sehr hohe Temperatur erhitzt werden; man erhält ein Produkt mit sehr feinen Poren. Bekannt ist weiterhin die dem Aluminium analoge Wirkung von Silicium, die vor allem zur Herstellung eines für Reinigungszwecke verwendeten Schaumstoffes aus löslichem Metasilicat ausgenutzt wurde (US-PS 20 13 981). Bei Zusatz von Füllstoffen muß das GemischIt is known that fine metals, which in aqueous alkaline medium due to exothermic reaction, hydrogen release, act pore-forming. Attempts have already been made to the reaction of fine aluminum for the Production of aerated concrete and foams, starting from alkali silicates, to be exploited (US-PS 96 112). This gives light, but friable or friable products, which as a result Finished parts find limited use. The density or the volume weight can be adjusted by adding inert Fillers are increased to the starting mixture (FR-AS 2060 353). However, this method must heated to a very high temperature for a very long time; a product with very fine pores is obtained. Is known furthermore the effect of silicon, analogous to aluminum, which is mainly used in the production of a for Foam made of soluble metasilicate used for cleaning purposes was exploited (US-PS 20 13 981). If fillers are added, the mixture must

ίο auf ziemlich hohe Temperaturen von mindestens 750⁰C erhitzt werden (FR-PS 20 81 104), was — wie leicht ersichtlich — aufwendig und nachteilig istίο are heated to fairly high temperatures of at least 750 ⁰ C (FR-PS 20 81 104), which - as can be easily seen - is expensive and disadvantageous

Bisher war es also nicht möglich, unter wirtschaftlich annehmbaren Bedingungen einen Leichtbaustoff entsprechender Eigenschaften herzustellen.So far it has not been possible to use a lightweight construction material that is more appropriate under economically acceptable conditions Properties to produce.

Dies gilt auch für das Verfahren nach der GB-PS 13 21 093, wonach die Alkalisilicatlösung zuerst erwärmt und dann Aluminiumpulver zugesetzt wird und die Aushärtung dann viele Stunden brauchtThis also applies to the method according to GB-PS 13 21 093, according to which the alkali silicate solution is first heated and then aluminum powder is added and curing takes many hours

Aufgabe der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbaustoffen, welches in wirtschaftlicher Weise zu Produkten führt, die sich durch besondere Eigenschaftskombinationen auszeichnen. Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von einer wäßrige Alkalisilicatlösung mit einem Si(VNa₂O-Verhältnis von 1 bis 3 und einem Feststoffgehalt von 33 bis 45 Gew.-% im Gemisch mit einem Füllstoff und Aluminiumpulver als porenbildendes Mittel und ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen aktiven feinenThe object of the invention is now a process for the production of lightweight building materials which leads in an economical manner to products which are characterized by special combinations of properties. The process according to the invention is based on an aqueous alkali silicate solution with an Si (VNa ₂ O ratio of 1 to 3 and a solids content of 33 to 45% by weight in a mixture with a filler and aluminum powder as the pore-forming agent and is characterized in that one an active fine

jo Füllstoff und zusätzlich Siliciumpulver als weiteres porenbildendes Mittel anwendet, das Gemisch in eine Form mit wasserdampfdurchlässigen Wänden gießt und aufschäumen läßt. Nach dem Entweichen des durch die Reaktionswärme gebildeten Wasserdampfes und Abkühlen kann der Gegenstand entformt werden. Man bevorzugt 5 bis 10 Gew.-% porenbildendes Mitte! und speziell als Porenbildner ein Aluminium-Silicium-Pulver mit einer Korngröße von 10 bis 100 μπι in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-°/o, bezogen auf das Gewicht der Alkalisilicatlösung. Besonders geeignet ist eine Siliciumlegierung mit 35 bis 75% Si. Der Anteil an aktivem Füllstoff in dem Gemisch soll 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Alkalisilicatlösung, betragen und der aktive Füllstoff ist speziell Zement, synthetischer Anhydrit oder gelöschter Kalk.jo filler and additionally silicon powder as a further pore-forming agent applies the mixture in one Pour a mold with walls permeable to water vapor and let it foam. After the escape through the The heat of reaction of water vapor formed and cooling, the object can be removed from the mold. Man preferably 5 to 10% by weight pore-forming agent! and especially an aluminum-silicon powder as a pore-forming agent with a grain size of 10 to 100 μπι in an amount from 2 to 15% by weight based on the weight of the alkali silicate solution. A silicon alloy is particularly suitable with 35 to 75% Si. The proportion of active filler in the mixture should be 5 to 100% by weight, based on the weight of the alkali silicate solution, and the active filler is specifically cement, synthetic anhydrite or slaked lime.

Die erfindungsgemäßen Leichtbaustoffe sind nicht brennbar, zeigen ein hohes Schall- und Wärmedämmvermögen und besitzen gute Festigkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß weder für dasThe lightweight building materials according to the invention are non-flammable and have a high sound and heat insulation capacity and have good strength. The inventive method has the advantage that neither for the

so Aufschäumen noch für die Trocknung des Fertigteils ein Erwärmen erforderlich ist, denn es reicht die bei der Reaktion entwickelte Wärmeenergie aus, um das Wasser aus der Alkalisilicatlösung praktisch vollständig zu verdampfen, so daß man nach dem Entfernen schon ein im wesentlichen trockenes Produkt erhält.so foaming is still required for the drying of the finished part, because it is sufficient for the Reaction evolved heat energy to remove the water from the alkali silicate solution practically completely to evaporate, so that a substantially dry product is obtained after removal.

Allgemein bevorzugt man eine Natriumsilicatlösung mit einem SiO₂/Na₂O-Verhältnis von 2 bis 2,2. Aluminium und Silicium sollen feine Pulver mit einer Korngröße von 10 bis 100 μιη sein. Bevorzugt wird pigmentfeines Aluminium. Die Gesamtmenge an porenbildendem Mittel, bezogen auf das Gewicht der Alkalisilicatlösung, beträgt allgemein 2 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%. Das porenbildende Mittel soll Aluminium 0,1 bis 10% und Silicium 0,1 bis 10%, bezogen auf die Alkalisilicatlösung, sein.In general, a sodium silicate solution with an SiO ₂ / Na ₂ O ratio of 2 to 2.2 is preferred. Aluminum and silicon should be fine powders with a grain size of 10 to 100 μm. Pigment-fine aluminum is preferred. The total amount of pore-forming agent, based on the weight of the alkali silicate solution, is generally 2 to 15% by weight, preferably 5 to 10% by weight. The pore-forming agent should be aluminum 0.1 to 10% and silicon 0.1 to 10%, based on the alkali silicate solution.

Das in der 1. Stufe hergestellte Gemisch reagiert nicht sofort. Man benutzt daher diese Zeit vor dem Einsetzen der exothermen Reaktion, um — in der 2. Stufe — dasThe mixture produced in the 1st stage does not react immediately. This time before the onset of the exothermic reaction is therefore used to - in the 2nd stage - the

Gemisch in eine Form zu bringen und aufschäumen zu lassen. Das Einsetzen der Reaktion zeigt sich durch Temperaturerhöhung; die Temperatur kann bis 110⁰C erreichen in einer Zeit zwischen 3 und 120 min. Vor dem Temperaturanstieg bilden sich Blasen; das Gemisch s steigt durch Wasserstoffentwicklung ohne Erwärmen auf etwa das 3- bis 7fache seines ursprünglichen Volumens. Es setzt dann eine starke Gasentwicklung ein; das Gas besteht zum überwiegenden Teil aus Wasserdampf neben wenig Wasserstoff. Die Reaktionswärme führt zur Verdampfung praktisch des gesamten Wassers der Silicatlösung, ohne daß von außen Wärme zugeführt werden muß. Es ist also beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Wärmezufuhr von außen nötig und man erhält doch einen praktisch trockenen Leichtbaustoff, der ausreichend fest zum Entformen istBring the mixture into a mold and let it foam. The onset of the reaction is indicated by an increase in temperature; the temperature can reach up to 110 ^° C. in a time between 3 and 120 minutes, bubbles form before the temperature rise; the mixture s increases as a result of the evolution of hydrogen without heating to about 3 to 7 times its original volume. A strong evolution of gas then sets in; the gas consists predominantly of water vapor in addition to a little hydrogen. The heat of reaction leads to the evaporation of practically all of the water in the silicate solution without external heat having to be supplied. In the process according to the invention, there is no need to supply heat from the outside and yet a practically dry lightweight construction material is obtained that is sufficiently strong for demoulding

Die Gesamtdauer der beiden Stufen beträgt allgemein einige Minuten, in den meisten Fällen nicht mehr als 10 Minuten.The total duration of the two stages is generally a few minutes, in most cases no more than 10 minutes.

Das Gemisch aus Silicatlösung und Porenbildner wird in der 1. Stufe mit 5 bis 40 und bis zu 100 Gew.-% — bezogen auf die Alkalisilicatlösung — eines feinen aktiven Füllstoffs versetzt, wie Zement, synthetischer Anhydrit und gelöschter Kalk. Diese aktiven Füllstoffe begünstigen die Reaktion und verleihen dem Endprodukt wichtige Eigenschaften. Sie reagieren nämlich entweder alkalisch und wasserentziehend und beschleunigen damit in an sich bekannter Weise die Wirkung des Porenbildners oder sie wirken dehydratisierend und beschleunigen die Trocknung. Die mechanischen Eigenschäften der Leichtbaustoffe beruhen zum Teil auf diesen aktiven Füllstoffen und verbessern sich während einiger Stunden nach beendetem Herstellungsverfahren noch weiter. Man kann dies auf eine Kristallisation, die das wenige gegebenenfalls noch vorhandene Wasser nach Verdampfen praktisch des gesamten Wassers aus der Lösung aufnimmt, zurückführen. In the 1st stage, the mixture of silicate solution and pore-forming agent is mixed with 5 to 40 and up to 100% by weight - based on the alkali silicate solution - of a fine active filler such as cement, synthetic anhydrite and slaked lime. These active fillers promote the reaction and give the end product important properties. This is because they either react alkaline and dehydrate and thus accelerate the action of the pore-forming agent in a manner known per se, or they have a dehydrating effect and accelerate drying. The mechanical properties of the lightweight construction materials are based in part on these active fillers and continue to improve a few hours after the manufacturing process has ended. This can be attributed to a crystallization which absorbs the little water that may still be present after evaporation of practically all of the water from the solution.

Vorteilhafterweise beträgt der Anteil an aktivem Füllstoff 5 bis 100%, insbesondere 10 bis 20%, bezogen auf die Alkalisilicatlösung. au The proportion of active filler is advantageously 5 to 100%, in particular 10 to 20%, based on the alkali metal silicate solution. ouch

Gemäß einer Variante kann das in der ersten Stufe hergestellte Gemisch noch mit einem oder mehreren anorganischen feinen und unlöslichen, bei den Reaktionsbedingungen inerten oder inaktiven Füllstoffen versetzt werden wie Kaoline, vor allem kolloidale 4ί gegebenenfalls gebrannte Kaoline, Tone wie Bentonit, Kieselsäuren wie natürliche Kieselsäure und insbesondere kaolinhaltige Kieselsäuren mit 10% Tonerde, Calciumsulfitdihydrat beliebiger Herkunft, Bariumsulfat, Tonerden wie gebrannte Tonerde, Erdalkalisilicate wie Talk, Magnesiumsilicat, Schieferpulver, Aminosilicate, Doppelcarbonate von Magnesium und Calcium, beispielsweise Dolomit, Oxide wie Magnesiumoxid oder Antimonoxid. Allgemein wird eine Korngröße unter ΙΟΟμπι gewählt. Die inerten Füllstoffe verleihen dem Endprodukt verbesserte Festigkeit. Sie werden allgemein in einer Menge von 5 bis 150 Gew.-%, vorzugsweise von 60 bis 120 Gew.-%, bezogen auf die Alkalisilicatlösung, zugegeben.According to a variant, the mixture produced in the first stage can also contain one or more inorganic fine and insoluble fillers which are inert or inactive under the reaction conditions like kaolins, especially colloidal 4ί optionally burnt kaolins, clays such as bentonite, silicas such as natural silicic acid and in particular kaolin-containing silicas with 10% clay, calcium sulfite dihydrate of any origin, barium sulfate, Clays such as burnt clay, alkaline earth silicates such as talc, magnesium silicate, slate powder, aminosilicates, Double carbonates of magnesium and calcium, for example dolomite, oxides such as magnesium oxide or Antimony oxide. In general, a grain size below ΙΟΟμπι is chosen. The inert fillers give the End product improved strength. They are generally used in an amount of 5 to 150% by weight, preferably from 60 to 120% by weight, based on the alkali silicate solution, added.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft durchführen mit einer Legierung oder Masse enthaltend 35 bis 75 Gew.-% Silicium als porenbildendes Mittel mit einer Kornfeinheit von 40 bis 80 μηι mit Verunreinigungen oder Begleitstoffen, die metallisch und organisch sein können.The method according to the invention can be carried out particularly advantageously with an alloy or mass containing 35 to 75 wt .-% silicon as a pore-forming agent with a grain size of 40 to 80 μm Impurities or accompanying substances that can be metallic or organic.

Die erfindungsgemäß hergestellten Leichtbaustoffe haben um so höhere Festigkeit, je höher die Gesamtmenge an Füllstoffen und Porenbildnern und je kleiner das Verhältnis Al/Si ist Zweckmäßigerweise werden hierbei weniger aktive Füllstoffe eingesetzt als bei Gemischen, die reines Silicium als den einen Porenbildner enthalten; dennoch werden Produkte mit guten mechanischen Festigkeiten erzielt Bei dieser Variante des Verfahrens werden in der 1. Verfahrensstufe 5 bis 150 Gew.-% — bezogen auf die wäßrige Alkalisilicatlösung — feine unlösliche anorganische inerte Füllstoffe zugesetzt Wird unreines Silicium angewandt, so kann man auch hier die Gesamtmenge an inertem Füllstoff verringern und dennoch Endprodukt mit guten Festigkeiten erzielen.The lightweight building materials produced according to the invention have the higher the strength, the higher the Total amount of fillers and pore formers and the smaller the Al / Si ratio is expedient less active fillers are used here than in mixtures that use pure silicon as the one Contain pore formers; nevertheless, products with good mechanical strengths are achieved with this one Variants of the process are 5 to 150 wt .-% in the 1st process stage - based on the aqueous Alkali silicate solution - fine insoluble inorganic inert fillers added to impure silicon applied, one can reduce the total amount of inert filler and still end product achieve with good strengths.

Man bevorzugt eine Natriumsilicatlösung mit einem Molverhältnis SiO₂ZNa₂O von 2 bis 2£ und erzielt durch Einsatz von kleinen Mengen, allgemein 2 bis 15 Gew.-%, porenbildendem Mittel ohne Wärmezufuhr von außen einen trockenen Werkstoff, dessen Dichte, Porosität und Druckfestigkeit im voraus bestimmt werden kann.A sodium silicate solution with a molar SiO ₂ _{ZNa 2} O ratio of 2 to 2 is preferred and a dry material, its density, porosity and compressive strength, is obtained by using small amounts, generally 2 to 15% by weight, of pore-forming agents without external heat supply can be determined in advance.

Das Gemisch dieser 1. Verfahrensstufe wird nun in der 2. Verfahrensstufe im allgemeinen in eine quaderförmige Form aus Metall, deren Wände gelocht sind, eingebracht, deren Volumen 3 bis 7mal so groß ist wie das Volumen dea einzugießenden Gemisches. Vorteilhafterweise wird die Form innen mit einer dünnen Folie aus porösem und widerstandsfähigem Material, beispielsweise einem Vlies, Filz oder einer Glasfasermatte, ausgekleidet zur Verbesserung der Dampfverteilung und Verhinderung einer Dampfkondensation an der kalten Form.The mixture of this 1st process stage is now generally in the 2nd process stage into a cuboid Mold made of metal, the walls of which are perforated, introduced, the volume of which is 3 to 7 times as large as the volume of the mixture to be poured. Advantageously, the inside of the mold is covered with a thin film made of porous and resistant material, for example a fleece, felt or a glass fiber mat, lined to improve steam distribution and prevent steam condensation on the cold form.

Man erhält in sehr kurzer Zeit, allgemein weniger als 10 Minuten, einen expandierten trockenen Baustoff, obwohl die Gemische erhebliche Mengen Wasser enthielten.In a very short time, generally less than 10 minutes, an expanded dry building material is obtained, although the mixtures contained significant amounts of water.

Die Form kann auch aus thermisch isolierendem Material wie Holz, einem Kunststoff oder einem Baustoff bestehen. In diesem Falle sollen sie innen glatt sein, beispielsweise mit einer fest haftenden Beschichtung oder einem Lack überzogen sein. Die Löcher oder Öffnungen für den Dampfaustritt sind in diesem Falle an der Oberseite vorgesehen.The shape can also be made of thermally insulating material such as wood, a plastic or a Building material. In this case, they should be smooth on the inside, for example with a firmly adhering coating or be coated with a varnish. The holes or openings for the steam outlet are on in this case the top provided.

Es ist besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren unmi'.telbar am Ort der Anwendung der Baustoffe durchzuführen. Dazu wird das Gemisch in einen Hohlraum gegossen.It is particularly advantageous to use the method according to the invention directly at the place of application of the Carry out building materials. To do this, the mixture is poured into a cavity.

Wie bereits oben gesagt, wird durch Kalk als aktiver Füllstoff die Reaktionsgeschwindigkeit besonders gesteigert, die Reaktion setzt schnell ein und ist in 2 bis 15 Minuten beendet. Kalk als aktiver Füllstoff und unreines Silicium als Porenbildner ergibt Gemische, deren Reaktion in so kurzer Zeit wie 10 Sekunden einsetzt und meistens nur 30 Sekunden bis 5 Minuten benötigt. Das Raumgewicht der erhaltenen Baustoffe kann zwischen 50 und 500 kg/m² eingestellt werden. Es wird ein Raumgewicht von 200 oder 250 bis 500 kg/m³ bevorzugt. Die Expansion erfolgt sehr schnell und kann bis zum 15fachen des ursprünglichen Volumens des Gemisches betragen. Der Temperaturanstieg beginnt unmittelbar mit der Expansion; infolgedessen trocknet der Baustoff, wenn er sein Maximalvolumen erreicht hat.As mentioned above, lime as an active filler increases the speed of the reaction, the reaction sets in quickly and is completed in 2 to 15 minutes. Lime as an active filler and impure silicon as a pore-forming agent result in mixtures whose reaction starts in as short a time as 10 seconds and usually only takes 30 seconds to 5 minutes. The density of the building materials obtained can be set between 50 and 500 kg / m ² . A density of 200 or 250 to 500 kg / m ^{3 is} preferred. The expansion takes place very quickly and can be up to 15 times the original volume of the mixture. The temperature rise begins immediately with the expansion; as a result, the building material dries when it has reached its maximum volume.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die Eigenschaften des Endproduktes im voraus festlegen. Für Isolierstoffe wird ein Raumgewicht von 50 bis 350 kg/m³ bevorzugt.In the method according to the invention, the properties of the end product can be determined in advance. A density of 50 to 350 kg / m ^{3 is} preferred for insulating materials.

Die Porosität beruht auf Poren mit praktisch gleichem Durchmesser, d. h. mindestens 80% der Poren haben eine identische Weite. Die erfindungsgemäß hergestellten Baustoffe kann man in feinporige Produk-The porosity is based on pores with practically the same diameter, i. H. at least 80% of the pores have an identical width. The building materials produced according to the invention can be used in fine-pored product

te mit einem Porendurchmesser von etwa 0,1 bis 0,3 mm und in grobporige Produkte mit einem Durchmesser zwischen 4 bis 5 und 8 mm einteilen. Die feinporigen Produkte werden durch Porenbildner mit einem hohen Verhältnis Al/Si erhalten, während die grobporigen Produkte durch Porenbildner mit kleinem Verhältnis Al/Si entstehen. Außerdem gibt es noch mittelporige Produkte mit einem Porendurchmesser 03 bis 4 mm, die durch einen Porenbildner mit einem Al/Si-Verhältnis von etwa 1 erhalten werden.te with a pore diameter of about 0.1 to 0.3 mm and into coarse-pored products with a diameter divide between 4 to 5 and 8 mm. The fine-pored products are made by pore formers with a high Al / Si ratio is obtained, while the coarse-pored products are obtained by pore-forming agents with a small ratio Al / Si arise. There are also medium-pore products with a pore diameter of 03 to 4 mm, which can be obtained by a pore former with an Al / Si ratio of about 1.

Es ist bekannt, daß Silicium zu sehr unregelmäßigen groben Poren und Aluminium zu kleinen Poren führt Es war daher zu erwarten, daß ein mit beiden Porenbildnern hergestelltes Produkt grobe Poren aufgrund des Siliciums neben kleinen Poren aufgrund des Aluminiums aufweisen würde. Es war also sehr überraschend, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu Baustoffen mit gleichmäßiger Porosität führt.It is known that silicon leads to very irregular, coarse pores and aluminum leads to small pores it was therefore to be expected that a product made with both pore formers would have coarse pores due to the Silicon in addition to small pores due to the aluminum. So it was very surprising that the inventive method leads to building materials with uniform porosity.

Die Druckfestigkeit hängt ab von der Gesamtmenge des porenbildenden Mittels, vom Verhältnis ΑΙ/Si im porenbildenden Mittel und von der Menge der aktiven und inaktiven Füllstoffe und liegt im Bereich von 3 bis 50 kg/cm³ und darüber. Für die Herstellung von beispielsweise Bauteilen für Zwischenwände bevorzugt man Produkte mit einer Druckfestigkeit > 10 kg/cm² und für Dekorations- und Isolierungszwecke Produkte mit einer Druckfestigkeit < 10 kg/cm². Die Druckfestigkeit ist um so höher, je niedriger das Verhältnis Al/Si ist.The compressive strength depends on the total amount of the pore-forming agent, the ratio ΑΙ / Si in the pore-forming agent and the amount of active and inactive fillers and is in the range from 3 to 50 kg / cm ³ and above. ^{Products with a compressive strength> 10 kg / cm 2 are} preferred for the production of components for partition walls, for example, and products with a compressive strength <10 kg / cm ² for decoration and insulation purposes. The lower the Al / Si ratio, the higher the compressive strength.

Die wärme- und schallisolierenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Leichtbaustoffe sind gut Die Wärmedämungskoeffizienten liegen allgemein zwischen 0,06 und 0,12kcal/m.h.grd. Die Leichtbaustoffe widerstehen hohen Temperaturen, ohne ihre mechanischen Eigenschaften zu verlieren. Ihre Wasserlöslichkeit liegt im Bereich von 6 bis 8%.The heat and sound insulating properties of the lightweight building materials according to the invention are good Thermal insulation coefficients are generally between 0.06 and 0.12 kcal / m.h.grd. The lightweight building materials withstand high temperatures without losing their mechanical properties. Their water solubility ranges from 6 to 8%.

Die Zeit für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich zwischen 3 und 120 min einstellen mit der Gesamtmenge an Porenbildner im Bereich von 2 bis 15% und mit dem Verhältnis Al/Si; die Zeit ist um so kürzer, je höher dieses Verhältnis ist. Die Zeit läßt sich noch herabsetzen, wenn man Kalk als aktiven Füllstoff zusammen mit unreinem Silicium als Porenbildner einsetzt.The time for carrying out the process according to the invention can be between 3 and 120 minutes set with the total amount of pore-forming agent in the range from 2 to 15% and with the ratio Al / Si; the The higher this ratio, the shorter the time. The time can still be reduced if you use lime as uses active filler together with impure silicon as a pore-forming agent.

Es werden weder Öfen noch Wärmezufuhr benötigt; vorteilhafterweise erfolgt die Herstellung der Leichtbaustoffe in situ an der Baustelle und/oder mit automatisierter Formung.Neither ovens nor heat supply are required; the lightweight construction materials are advantageously produced in situ at the construction site and / or with automated molding.

Table 1

Die erfindungsgemäßen Leichtbaustoffe lassen sich auch leicht mit Holz, Plaster, Zement, Karton, Gewebe oder Vlies, Ziegeln oder silicatischen Leichtbaustoffen verkleben mit Hilfe von Latex- oder Neoprenklebern oder mit Natriumsilicat mit einem Si02/Na2O-Verhältnis von 33· Sie können auch mit Plaster, Zement, Beschichtungen oder Anstrichen überzogen werden.The lightweight building materials according to the invention can also be easily combined with wood, plaster, cement, cardboard, fabric or glue fleece, bricks or silicate lightweight building materials with the help of latex or neoprene adhesives or with sodium silicate with a SiO2 / Na2O ratio of 33 You can also use plaster, cement, Coatings or paints are coated.

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.The following examples serve to explain the invention in more detail.

example 1

In 2400 g einer wäßrigen Natriumsilicatlösung mit einem Molverhältnis Si(VNaO₂ = 2,1 und 39,7% Feststoffgehalt wurden 168 g Siliciumpulver mit Kornfeinheit von 50 bis 100 μΐη und 72 g Aluminiumpulver, Pigmentsorte, in 2 min eingemischt, 600 g Zement als aktiver Füllstoff in 1 min eingerührt und schließlich 1440 g Kaolin mit Kornfeinheit von 1 bis 20 μπι in 2 min eingearbeitetIn 2400 g of an aqueous sodium silicate solution with a molar ratio Si (VNaO ₂ = 2.1 and 39.7% solids content, 168 g of silicon powder with a grain size of 50 to 100 μm and 72 g of aluminum powder, pigment type, were mixed in in 2 min, 600 g of cement as active filler is stirred in in 1 min and finally 1440 g of kaolin with a grain size of 1 to 20 μm are incorporated in 2 min

Als Zeitpunkt 0 wurde das braune Ende der Zugabe von Kaolin gesetztThe brown end of the addition of kaolin was set as time 0

Das Gemisch war eine dicke braune fließfähige Masse, die in eine Form 50 χ 50 χ 7 cm aus Lochblech 1,5 cm hoch eingegossen wurde. Der Boden und die Seitenwände der Form waren mit einem Vlies bedeckt, um den Durchtritt von Flüssigkeit zu verhindern. Während 4 min beobachtete man ohne Erwärmen ein Aufschäumen der Masse, die bis zum oberen Rand der Form anstieg. Nach 4 min stieg die Temperatur plötzlich an unter Dampfentwicklung und Trocknen des Schaumes. Man erhielt eine Platte mit einer Dichte von 0,25, die sich nach 4 bis 5 min entformen ließ. Sie besaß gleichförmige Poren mit einem Durchmesser von 0,3 mm; Druckfestigkeit 13,5 kg/cm².The mixture was a thick, brown, flowable mass which was poured into a 50 × 50 × 7 cm form made of perforated sheet metal 1.5 cm high. The bottom and the side walls of the mold were covered with a fleece to prevent the passage of liquid. A foaming of the mass, which rose to the upper edge of the mold, was observed over a period of 4 minutes without heating. After 4 minutes, the temperature suddenly rose with evolution of steam and drying of the foam. A plate with a density of 0.25 was obtained which could be demolded after 4 to 5 minutes. It had uniform pores 0.3 mm in diameter; Compressive strength 13.5 kg / cm ² .

Das Mengenverhältnis der Reaktionspartner — bezogen auf 100 Teile Natriumsilicatlösung — betrug:The quantitative ratio of the reactants - based on 100 parts of sodium silicate solution - was:

25Gew.-Teile Zement
60Gew.-Teile Kaolin25 parts by weight of cement
60 parts by weight of kaolin

7 Gew.-Teiie Silicium7 parts by weight silicon

3 Gew.-% Aluminium3 wt% aluminum

Beispiele 2bis20Examples 2 to 20

Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren mit unterschiedlichen Mengen der Ausgangsstoffe und Reaktionspartner. Die Daten sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt.The procedure was as in Example 1 with different amounts of the starting materials and reactants. The data are summarized in Table 1 below.

Beispielexample 100g100 g Alkalisilicatlösung wurdenAlkali silicate solution were Al/SiAl / Si Al+SiAl + Si zugesetztadded (ing)(ing) inaktivinactive 6060 ReaktionsReaction PorenPores Dichtedensity Druckpressure Kaolinkaolin 6060 zeit i. d.time i. d. durchby festigkeitstrength 3/73/7 1010 Kaolinkaolin 6060 2. Stufe2nd stage messerknife AlAl SiSi 3/43/4 77th Füllstofffiller Kaolinkaolin 4040 4/34/3 77th aktivactive Kaolinkaolin 6060 minmin mmmm kg/cm² kg / cm ² 11 33 77th 3/63/6 99 Zementcement 2525th Kaolinkaolin 6060 44th 0,30.3 0,250.25 13,513.5 22 33 44th 6/26/2 88th Zementcement 2525th Kaolinkaolin 6060 1010 0,10.1 0,280.28 11,511.5 33 44th 33 4/24/2 66th Zementcement 2525th Kaolinkaolin 6060 66th 0,10.1 0,330.33 8,58.5 44th 33 66th 1/41/4 55 Zementcement 5050 CalcitCalcite 7070 88th 0303 0,500.50 4040 55 66th 22 2/42/4 66th Zementcement 1515th CaCOaCaCOa 6060 66th 0,10.1 033033 88th 66th 44th 22 5/25/2 77th Zementcement 2525th CaCOaCaCOa 6060 77th 0,10.1 0,400.40 1515th 77th 11 44th 2/42/4 66th Zementcement 2525th CaCO3CaCO3 7575 99 22 0,410.41 2424 88th 22 44th 4/44/4 88th Zementcement 2020th Dolomitdolomite 99 22 0,340.34 2424 99 55 22 5/25/2 77th Zementcement 2020th 44th 0,20.2 0,320.32 13,513.5 1010 22 44th Zementcement 2020th 1111th 44th 0,460.46 1212th 1111th 44th 44th Zementcement 1515th 1111th 44th 0,350.35 88th 1212th 55 22 Zementcement 2020th 66th 0.10.1 MRMR inin

l-ortM.'1/uiii!l-ortM.'1 / uiii!

pie! 100 e <Mk;ilisilic;itlnsung wurden /ugcscl/i (in g)pie! 100 e <Mk;ilisilic; solution were / ugcscl / i (in g)

AlAl

4
5
4
5
2
54th
5
4th
5
2
5

5/2
5/25/2
5/2

4/4
5/2
4/4
5/2
2/4
5/14/4
5/2
4/4
5/2
2/4
5/1

Al+ Si Rillxiofl
ukti' Al + Si Rillxiofl
ukti '

Zement 20Cement 20

Zement 15Cement 15

Zement 20Cement 20

Kalk 10Lime 10

ι π n k 11 νι π n k 11 ν

Ton 60 Kieselsäure 60 Talk Ml Schiefer so Kaolin 60 Kaolin 60 Kaolin 60Clay 60 silica 60 talc Ml slate so Kaolin 60 kaolin 60 kaolin 60

Anhydrit 40 Kaolin 30Anhydrite 40 kaolin 30

Reaktionszeit ι. d.
2. StufeResponse time ι. d.
2nd stage

8
11
2
3
4
38th
11
2
3
4th
3

Poren-Pore

dnirhdnirh

mcssermcsser

0,1
0,10.1
0.1

0.2
0,2
20.2
0.2
2

i
2i
2

0,30.3

Dichte DruckDense printing

0,30
0,310.30
0.31

0,31
0,27
0,32
0,24
0,27
0,360.31
0.27
0.32
0.24
0.27
0.36

kg/cm·kg / cm

23,5
1423.5
14th

13,513.5

1212th

5,55.5

Example 21

In 3 kg einer wäßrigen Natriumsilicatlösung mit einem Molverhältnis SiC>2/Na2O = 2,l und einem Feststoffgehalt von 39,7% wurden 210 g Siliciumlegierung mit mittlerer Kornfeinheit 60 μηι und einem Gehalt an reinem Silicium von 152 g sowie 90 g Aluminiumpulver mit Kornfeinheit 100 um und 600 g Zement als aktiver Füllstoff eingerührt. Die Siliciumlegierung enthielt 72.3% Si, 7,5% Fe und 5,4% Cu und stammte aus der Synthese der Methylchlorsilane durch die an sich bekannte Reaktion von Silicium mit Methylchlorid, wie sie insbesondere inKirk-Othmer,2. Aufl. 1969, Bd. 18, S. 232 beschrieben wird.In 3 kg of an aqueous sodium silicate solution with a molar ratio SiC> 2 / Na2O = 2.1 and a solids content of 39.7% were 210 g of silicon alloy with an average grain size of 60 μm and a content of pure silicon of 152 g as well as 90 g aluminum powder with a grain fineness of 100 μm and 600 g cement as the more active Stir in filler. The silicon alloy contained 72.3% Si, 7.5% Fe and 5.4% Cu and was derived from Synthesis of methylchlorosilanes by the reaction of silicon with methyl chloride, known per se, such as in particular in Kirk-Othmer, 2. Ed. 1969, vol. 18, p. 232.

Das Gemisch wurde in eine Form 35 χ 35 χ 20 cm 2 cm hoch eingegossen: es stieg nach 7 min auf 8 cm: die Temperatur stieg plötzlich an; es wurde Wasserdampf entwickelt, und der Schaum trocknete. Die entformte Platte hatte eine Dichte von 0,33 und praktisch gleichförmige Poren mit Durchmesser 1 mm: Druckfestigkeit 6 kg/cm².The mixture was poured into a mold 35 × 35 × 20 cm 2 cm high: it rose to 8 cm after 7 minutes: the temperature rose suddenly; water vapor was evolved and the foam dried up. The demolded plate had a density of 0.33 and practically uniform pores with a diameter of 1 mm: compressive strength 6 kg / cm ² .

In der nachfolgenden Tabelle 2 sind diese Ergebnisse sowie die der folgenden Beispiele zusammengefaßt.These results and those of the following examples are summarized in Table 2 below.

Beispiel 21(a)Example 21 (a)

Es wurde in gleicher Weise wie oben gearbeitet, das Gemisch jedoch in eine Holzform mit einer Innenbeschichtung aus PVC gegossen. Es wurden analoge Ergebnisse wie vorher erzielt mit dem zusätzlichen Vorteil, daß jegliche Wasserdampfkondensation vermieden und ein Baustoff mit glatten Flächen erhalten wurde.It was worked in the same way as above, but the mixture in a wooden mold with an inner coating Cast from PVC. Similar results were obtained as before with the additional The advantage is that any water vapor condensation is avoided and a building material with smooth surfaces is obtained became.

Beispiel 21(b)Example 21 (b)

Die obige Arbeitsweise wurde wiederholt und die Holzform verwendet; jedoch wurden die Gemische mit unterschiedlichen Mengen von 40 bis 75% an inaktiven Füllstoffen wie Kaolin, Calcit, Calciumcarbonat, Dolomit, Ton, Kieselsäure, Talk oder Schiefer wie in denThe above procedure was repeated using the wooden mold; however, the mixtures were with different amounts of 40 to 75% of inactive fillers such as kaolin, calcite, calcium carbonate, dolomite, Clay, silica, talc or slate as in the

Table 2

vorangegangenen Beispielen 1 bis 16 hergestellt.previous examples 1 to 16 produced.

Man erhielt hinsichtlich der Formgebung analoge Ergebnisse wie in Beispiel 21(a); die übrigen Eigenschaften des Leichtbaustoffes waren analog den Eigenschaften der Werkstoffe der Beispiele 1 bis 16 (Tabelle 2).With regard to the shaping, results analogous to those in Example 21 (a) were obtained; the remaining properties of the lightweight construction material were analogous to the properties of the materials of Examples 1 to 16 (Table 2).

Beispiel 22Example 22

Es wurden die folgenden Versuche mit gelöstem Kalk als aktivem Füllstoff durchgeführt:The following tests were carried out with dissolved lime as the active filler:

a) Auf 100 Teile Natriumaluminiumsiücat — wie oben — wurden 16 Teile Kaolin, 7 Teile gelöschter Kalk. 4,3 Teile Silicium in Form obiger Legierung und 3 Teile Aluminium eingesetzt.a) To 100 parts of sodium aluminum silicate - as above - were 16 parts of kaolin, 7 parts of slaked lime. 4.3 parts of silicon in the form of the above alloy and 3 Parts made of aluminum.

b) wie a), jedoch 26 Teile Kaolin.b) as a), but 26 parts of kaolin.

c) Es wurden eingesetzt (auf 100 Teile Silicat): 10 Teile Kalk. 10 Teile feiner mit Wasser gewaschener und getrockneter Gips aus der Phosphorsäureherstellung, 5,6 Teile Silicium und 3 Teile Aluminium.c) The following were used (per 100 parts of silicate): 10 parts Lime. 10 parts of fine plaster of paris from phosphoric acid production, washed with water and dried, 5.6 parts silicon and 3 parts aluminum.

d) gemäß a) und b) mit 10 Teilen Kalk, jedoch ohne inaktive Füllstoffe.d) according to a) and b) with 10 parts of lime, but without inactive fillers.

Die Zusammensetzung und Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengefaßt.The composition and results are summarized in Table 2 below.

Die vier Gemische wurden in den Zwischenraum zwischen zwei vertikale und einige cm voneinander entfernte Wände eingegossen. Die Expansion erfolgte praktisch sofort gleichzeitig mit dem Temperaturanstieg; Wasserdampf wurde abgegeben, sobald die Expansion ihr Maximum erreichte. Der Wasserdampf zog nach oben ab, und man erhielt innerhalb sehr kurzer Zeit [1 min 30 s in Beispiel 22b)] einen praktisch trockenen Leichtbaustoff, der als Isoliermaterial verwendbar war und zufriedenstellende Druckfestigkeitswerte besaß.The four mixes were in the space between two vertical and a few inches from each other cast in distant walls. The expansion occurred almost immediately at the same time as the temperature rise; Water vapor was given off as soon as the expansion reached its maximum. The water vapor pulled upwards and received within a very short time Time [1 min 30 s in Example 22b)] a practically dry lightweight building material that can be used as an insulating material and had satisfactory compressive strength values.

Wärmedämmungskoeffizient (kcal/m.h.grd):Thermal insulation coefficient (kcal / m.h.grd):

a)a) 0,06290.0629 b)b) 0,06780.0678 c)c) 0,080.08 d)d) 0,05560.0556

Beispiel 100 g Alkaiisilicatlösung wurden zugesetzt (in g)Example 100 g alkali silicate solution were added (in g)

Al Si Al/Si Al+ Si FüllstoffAl Si Al / Si Al + Si filler

aktiv inaktivactive inactive

Reaktions- Porenzeit ί d. durch-2. Stufe messerReaction pore time ί d. through-2. Level knife

min mmmin mm

Dichte Druckfestigkeit Dense compressive strength

kg/cm² kg / cm ²

2121 33 5,65.6 3/5,63 / 5.6 8,68.6 Zementcement 22 Kaolinkaolin 1616 77th 11 0,330.33 66th 22(a)22 (a) 33 4343 7373 Kalklime 77th Kaolinkaolin 2626th 22 22 0,160.16 44th 22(D)22 (D) 33 4,34.3 7373 Kalklime 77th Gipsplaster 77th 230230 33 0,190.19 66th 22(c)22 (c) 33 5,65.6 8,68.6 Kalklime 1010 22 0,30.3 032032 13.513.5 22fdi22fdi 33 4343 7373 Kalklime 1010 130130 22 0,110.11 22

26 !8 48626! 8 486

ίοίο

Example 23

Bestimmung der WärmebeständigkeitDetermination of heat resistance

Probestücke der Werkstoffe gemab den vorangegangenen Beispielen wurden in einen Ofen gegeben und dessen Temperatur jeweils um 100⁰C bis auf 1200⁰C gesteigert. Es wurden die mechanischen Festigkeiten gemessen und eine gute Konstanz der Eigenschaften festgestellt, vor allem bei den Werkstoffen gemäü Beispiel 21. Ab 900°C nahmen die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe aus Beispiel 21 zu. Diese Werkstoffe zeigten sich besonders vorteilhaft für die Isolierung bei hoher Temperatur.Specimens of the materials gemab the preceding examples were placed in an oven and the temperature of each increased by 100 ⁰ C to 1200 ⁰ C. The mechanical strengths were measured and a good constancy of the properties was found, especially in the case of the materials according to Example 21. From 900 ° C., the mechanical properties of the materials from Example 21 increased. These materials were found to be particularly beneficial for high temperature insulation.

Beispiel 24
Bestimmung der WasserdampfdurchlässigkeitExample 24
Determination of the water vapor permeability

Gemäß der französischen Norm (N FT) 56 105 wurden die Versuche in der Tropenkammer bei 38° C und bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 90% durchgeführt; gefunden wurde eine Wasserdampfdurchlässigkeit von 1 g/m².h für eine Schichtdicke von 1 m.According to the French standard (N FT) 56 105, the tests were carried out in the tropical chamber at 38 ° C and a moisture content of 90%; A water vapor permeability of 1 g / m ² .h for a layer thickness of 1 m was found.

Vergleichsbeispiel 1Comparative example 1

In den folgenden Versuchen a) und b) wurde als Porenbildner feines Zink verwendet. Bekanntlich reagiert Zink in analoger Weise wie Aluminium und Silicium in Gegenwart einer wäßrig-alkalischen Lösung.In the following experiments a) and b), fine zinc was used as the pore former. As is well known Zinc reacts in the same way as aluminum and silicon in the presence of an aqueous alkaline solution.

a) 100 Teile Natriumsilicat mit einem Molverhältnis von 2,1, 60 Teile Kaolin, 20 Teile Zement und 10 Teile Zinkpulver wurden gemischt und wie in Beispiel 1 weiter behandelt. Es wurde nur eine sehr schwache Wamset stoffentwicklung und sehr geringe Expansion beobachtet; der Schaumstoff trocknete nicht.a) 100 parts of sodium silicate with a molar ratio of 2.1, 60 parts of kaolin, 20 parts of cement and 10 parts Zinc powders were mixed and treated as in Example 1 further. It just turned out to be a very weak one Jerkin set fabric development and very little expansion observed; the foam did not dry.

b) wie a), jedoch 5 Teile Zinkpulver und 2 Teile Aluminiumpulver als porenbildendes Mittel gemäß Beispiel 1. Man erhielt einen Schaum, der nicht trocknete.b) as a), but 5 parts of zinc powder and 2 parts of aluminum powder as pore-forming agent according to Example 1. A foam which did not dry was obtained.

Vergleichsbeispiel 2Comparative example 2

In an sich bekannter Weise wurden auf 100 Gew.-Teile Alkalisilicatlösung 60 Teile Kaolin, 5 Teile Zement und a) 1 Teil Aluminiumpulver bzw. b) 2 Teile Aluminiumpulver gemischt. In beiden Versuchen a) und b) trocknete der Schaum innerhalb 1 Woche nicht, und man erhielt keinen starren Werkstoff.In a manner known per se, 60 parts of kaolin and 5 parts were added to 100 parts by weight of alkali metal silicate solution Cement and a) 1 part aluminum powder or b) 2 parts aluminum powder mixed. In both experiments a) and b) the foam did not dry within 1 week and no rigid material was obtained.

Vergleichsbeispiel 3Comparative example 3

100 Gew.-Teile obiges Silicat wurden mit 6 Teilen feinem Silicium gemischt und das Gemisch gemäß Beispiel 1 weiter verarbeitet. Es bildete sich ein Schaum, der erst nach 1 h trocknete, eine geringe Dichte aufwies und zerreibbar bzw. bröckelig war.100 parts by weight of the above silicate were mixed with 6 parts of fine silicon and the mixture according to Example 1 processed further. A foam formed which did not dry until 1 h and had a low density and was friable or friable.

Vergleichsbeispiel 4Comparative example 4

Es wurden die Komponenten des Beispiels 7 eingesetzt mit Ausnahme des aktiven Füllstoffes. Stattdessen wurden 60 Teile Füllstoff zugegeben. Man beobachtete eine Expansion der gleichen Größenordnung wie in Beispiel 7, aber der erhaltene Schaum trocknete selbst nach mehreren Tagen bei Raumtemperatur nicht und man erhielt keinen starren Werkstoff.The components of Example 7 were used with the exception of the active filler. Instead, 60 parts of filler were added. An expansion of the same order of magnitude was observed as in Example 7, but the foam obtained dried even after several days at room temperature not and you did not get a rigid material.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of lightweight building materials of uniform porosity and high strength, in which an aqueous alk; iisilicate solution with an SiO2 / Na ₂ O ratio of 1 to 3 and a solids content of 33 to 45% by weight is reacted in the presence of a filler with aluminum powder as a pore-forming agent, characterized in that an active fine filler and additionally Using silicon powder as a pore-forming agent, pouring the mixture into a mold with walls permeable to water vapor and allowing it to foam, whereupon it is removed from the mold after the water vapor formed by the heat of reaction has escaped and cooled

2. The method according to claim 1, characterized in that 5 to 10 wt .-% pore-forming Funds used

3. The method according to claim 1, characterized in that an Al / Si powder is used as the pore former with 10 to 100 μπι in an amount of 2 to 15 % By weight based on the weight of the alkali silicate solution is used.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one Silicon alloy with 35 to 75% Si used.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as active filler 5 to 100% by weight cement, synthetic anhydrite or slaked lime - based on the weight of the alkali silicate solution - used.

6. The method according to claim 5, characterized in that there is 10 to 20 wt .-% active filler clogs.