DE2718469C2 - Keramische Isoliersteine und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Keramische Isoliersteine und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
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- C04B28/04—Portland cements
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Description
| Kornbereich | bis 4 | (mm) | Anteil (Gew.-"«) |
| 2 | bis 2 | !0 bis 30 | |
| I | bis i | 10 bis 30 | |
| 0,5 | bis 0. | 5 bis 20 | |
| 0,25 | bis 0. | ,5 | 5 bis 20 |
| 0.125 | bisO. | 25 | 5 bis 20 |
| 0 | ,125 | 0 bis 20 |
2 bis 4
1 bis 2
0,5 bis I
0,25 bis 0,5
0,125 bis 0,25
0 bis 0,125
1 bis 2
0,5 bis I
0,25 bis 0,5
0,125 bis 0,25
0 bis 0,125
23
23
23
10
10
17
17
10
17
17
Il Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet.
da(.l ein Gesteinssand verwendet wird, der
ti Ic folgende Kornverteilung aufweist:
Die Erfindung betrifft einen feuerfesten keramischen Isolierstein sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Die DE-OS 23 39 139 beschreibt feuerfeste keramische
Isciliersteine mit Poren, die an der Außenhaut verglast sind, wobei die Isoliersteine aus einem Bindemiuelgerüst
aus hydraulischem Bindemittel, insbesondere Tonerde-Schmelzzement und geblähtem Perlit, der überwiegend
geschlossene Poren mit verglaster Außenhaut aufweist.
bestehen. Die Isoliersteine können einen Gehalt an Poren zwischen 45 und 90Qo und eine Anwendungsgrenze bei
etvka 1500° C besitzen. Sie können ferner einen Gehalt an
zusätzlichen feuerfesten Produkten von 43 bis 47 Gew.-",. aufweisen. Zur Herstellung der Isoliersteine wird ein
Gemenge aus Bindemittel, geblähtem Perlit und Wasser zu einem Rohling geformt, der anschließend derart
gebrannt wird, daß die Perlitkörner geschlossene Poren mil verglaster Außenhaut bilden. Dabei ist von Vorteil,
wenn ein Gemenge aus 75 bis 96 Gew.-'\> Bindemittel
und 4 bis 25 Gew.-'V, geblähtem Perlit, insbesondere aus 88 bis 92 Gew.-% Bindemittel und 8 bis 12 Gew.-".,
geblähtem Perlit bezogen auf die Trockensubstanz verwendet wird. Die Formgebung erfolgt vorzugsweise mittels
Vibration ggf. unter einem leichten Preßdruck bis
-to maximal 0.1 NmmJ. Nach einer besonderen Ausflihrungsform
wird als Bindemittel eine CaO und ggf. eine SiOj-Komponente verwendet und der geformte Rohling
einer Dampfhärtung unterworfen. Zur Kompensierung einsr ggf. auftretenden Brennschwindung kann das trokkene
Gemenge Kyanit-Gehalte bis zu 20 Gew.-% enthalten.
Der keramische Brand erfolgt zweckmäßigerweise in situ. Dabei ist wesentlich, daß die Schwindung möglichst
geringer als \% Ist. Diese Bedingung konnte gemäß der
DE-OS 23 39 139 erreicht werden, or wohl eine niedrig
schmelzende Komponente, nämlich Perlit, verwendet wl-d. Eine ggf. rohstoffbedingte Brennschwindung kann
durch besonde.s fein gemahlenen Kyanit kompensiert werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Isolierstein,
der aus einem Bindemittelgerüst besteht, das Calciumsilikalhydratphasen
aufweist und Insbesondere aus Portlandzementstein aufgebaut Ist.
Bekannt Ist, daß aus Portlandzementsteln beim ersten Erhitzen auf Temperaturen über 1000° C das freie und auch das chemisch gebundene Wasser ausgetrieben wird. Bei gleichmäßiger Erhitzung verläuft dieser Vorgang jedoch nicht kontinuierlich, sondern der Zementstein verliert je nach Bindung des Wassers In bestimmten Temperaturbereichen mehr oder weniger Wasser. Die Übergänge sind fließend, jedoch kann man annehmen, daß zwischen 100 und 200" C das freie und das physikalisch adsorbierte Wasser des Zementsteins, zwischen 400
Bekannt Ist, daß aus Portlandzementsteln beim ersten Erhitzen auf Temperaturen über 1000° C das freie und auch das chemisch gebundene Wasser ausgetrieben wird. Bei gleichmäßiger Erhitzung verläuft dieser Vorgang jedoch nicht kontinuierlich, sondern der Zementstein verliert je nach Bindung des Wassers In bestimmten Temperaturbereichen mehr oder weniger Wasser. Die Übergänge sind fließend, jedoch kann man annehmen, daß zwischen 100 und 200" C das freie und das physikalisch adsorbierte Wasser des Zementsteins, zwischen 400
und 60O0C ein Teil des chemisch gebundenen Wassers
und zwischen 800 "nd 900° C der Rest des chemisch
gebundenen Wassers ausgetrieben wird- Aus dem Calciumhydroxid, das sich bei der Hydratation des Zements
gebildet hat, entsteht bei der Erhitzung freies Calciumoxid, das beim Abkühlen in feuchter Atmosphäre mit
erheblicher Volumenvergrößerung wieder in Calciumhydroxid übergeht. Die Volumenvergrößerung verursacht
RiDbildung und Zermürbung des Zementsteins.
Bei Feuerbetonen auf Portlandzement-Basis versucht man, durch die Zugabe von Zusatzstoffen in Form mehlreiner
feuerfester Stoffe, sogenannter keramischer Stabilisatoren, das freiwerdende Calciumoxid bei hohen Temperaturen
chemisch zu binden und damit die Rißbildung und Zermürbung des Zementsteins zu unterbinden. Als
Stabilisatoren dienen z_ B. feuerfeste Tone, Chromerze, Schamotte- und Ziegelmehl. Die Reaktionen zwischen
dem Calciumoxid und dem Stabilisator beginnen in der Regel efst oberhalb 600° C und eine keramische Bindung
setzt erst oberhalb 900° C ein.
Das Austreiben des Wassers aus dem Zementstein ist mit einer Schwindung von etwa 2,5% und einer erheblichen
Festigkeitsminderung, insbesondere im Bereich zwischen 600 und 1100° C verbunden. Durch die Zugabe
der Stabilisatoren kann das Schwinden in Feuerbetonen zwar herabgesetzt und die Festigkeit vorder keramischen
Bindung gesteigert werden. Dennoch v. erden die günstigen relativen Festigkeitswerte und geringen Schwindwerte,
die sich bei der Verwendung von Tonerdeschmelzzement bei Feuerbetonen dnstellen. nicht
erreicht.
In feuerfesten und hochfeuerfesten Betonen können sich beim Erhitzen das Schwinden des 7.ementsteins und
die Ausdehnung des Zuschlagstoffes überlagern. Insofern kann die Schwindung neben der Wirkung des Zusatzstoffes
auch durch den Kornaufbau bestimmter Zuschlagstoffe beeinflußt werden. Dies ist bei nur hitzebeständigen
Betonen, deren Anwendungsgrenze unterhalb 1100° C liegt, nicht möglich, weil deren Zuschlagstoffe,
die z. B. Basalt oder expandierter Perlit sein können, bei hohen Temperaturen bereits Schmelzphasen bilden, die
ihrerseits das Schwinden begünstigen und die Anwendungsgrenze herabsetzen. Wegen der genannten Eigenschaften
darf daher das erste Erhitzen bei Feuerbetonen troiz Stabilisatoren nur unter besonderen Vorkehrungen
erfolgen, um Schaden der Zustellung zu vermeiden.
Die Erkenntnisse auf dem Gebiet des Feuerbetons lassen sich nicht ohne weiteres auf feuerfeste keramische
Isoliersteine der eingangs erwähnten Art übertragen. Denn bei den geformten Isoliersteinen, die häufig in grünem
Zustand in das Ofenmauerwerk eingebaut werden, kommt es darauf an. daß die erforderliche Festigkeit der
Steine auch im Bereich zwischen 600 und HOOC gewährleistet ist und keine Schwindung beim Erhitzen
auftritt, da andernfalls die Statik und MaßhaltigkeU des
Mauerwerks unkontrollierbar wird. Steine nach dem Patent 23 39 139, die ein aus Portlandzement bestehendes
Bindemittelgerüst besitzen, weisen das sehr hohe Schwindmaß und den sehr hohen Festigkeilsschwund
des reinen Portlandzementsteins nicht auf. Offenbar wirkt In diesen Steinen der geblühte Perlitgrus In mehlfclner
Form oder aber das grobe Perlltkorn weltgehend
stabilisierend, und der Rest des freien Calciumoxids verändert beim Hydratisieren das Gefüge des Steins nicht
derart, daß es zermürbt wird. Dennoch erreichen die Isolierslclne
auf Portlandzement-Basis nicht die niedrigen Schwindmaße und hohen Festigkeiten beim Erhitzen wie
Isoliersteine auf Tonerde-Schmelzzement-Basls.
Besonders günstig ist eine «.umverteilung wie folgt:
Komberejch (mm)
Anteil (Gew.-%)
04
0,25
0,25
bis 4
bis 2
bis 1
bis 0,5
bis 2
bis 1
bis 0,5
0,125 bis 0,25
0 bis 0,125
0 bis 0,125
23
23
10
10
17
17
23
10
10
17
17
Vergleichsversuche haben ergeben, daß das Festigkeitsverhalten der erfindungsgemäßen Steine denen
gleicht, die unter Verwendung von Tonerdeschmelzzement hergestellt sind. Das freie Calciumoxid wird beim
Erhitzen vollständig chemisch gebunden. Eine beachtliche Schwindung tritt nicht auf. Die Festigkeit der Steine
bleibt auch im kritischen Temperaturbereich zwischen 600 und 1100° C im Wesentlichen erhalten.
Lag schon die Kombination des bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Periits mit einem Bindemittel
nicht nahe und waren die hervorragenden Eigenschaften der Steine nach der DE-OS 23 39 139 schon überrasehend,
so lag die Verwendung einer weiteren niedrig schmelzenden Komponente wie z. B. Basalt- oder Gabbrosand
mit beachtlichen Anteilen im Groukornbereich noch weniger nahe und die erzielten Erfolge sind insofern
noch überraschender, als sich gezeigt hat. daß das Zusetzen von nur feinmehligen Stabilisatoren nicht zum
gewünschten Ergebnis führt. Die groben Fraktionen des Gesteinssandes binden offenbar erhebliche Freikalkmengen
und stabilisieren darüber hinaus die Festigkeit.
Anhand des folgenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert:
Anhand des folgenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert:
Eine Mischung, bestehend aus 160 kg Basaltsand. 110 kg geblähtem Perlit (Kornbereich 0 bis 3 mm. Litergewicht
70 gr/L) und 160 kg Portlandzement 450 F. wird in einem Freifallmischer zunächst trocken innig
gemischt. Anschließend werden ΙόΟ Ι Wasser hinzugegeben
und drei Minuten weitergemischt. Die feuchte Masse wird dann in Formen einer Vibrationspresse gefüllt.
Nach kurzem Rütteln unter mäßigem Druck lassen sich die Rohlinge leicht entformen und transportieren. Der
keramische Brand erfoigt nach einer 24stündigcn Härtung
der Rohlinge. Die Prüfung der Steine ergab die folgenden Ergebnisse:
| Raumgewicht | 0.8 | g/cm1 |
| Porosität | 74 | |
| Kaltdruckfestigkeit | U | N/mm |
| Anwendungsgrenze (ASTM) | 1260 | °C |
| Schwindung bei 12000C | 0.9 | "■Ό |
| (DlN 51066) |
Aufgabe der Erfindung ist daher, feuerfeste keramische Isoliersteine, die ein Bindemlttelgerüst aus Portlandzement
besitzen sowie überwiegend geschlossene Poren mit verglaster Außenhaut aus geblähtem Perlit
aufweisen, zur Verfügung zu stellen, in denen das beim
Erhitzen entstehende Calciumoxid vollständig chemisch gebunden wird, und deren Schwindwerte und Festigkeitsverhalten
den Werten der Isoliersteine mit einem Blndemittelgerüst aus Tonerdeschmelzzement entsprechen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen feuerfesten
keramischen Isolierstein gelöst, der ein Binde-
miuelgerüst au* portlandzement und überwiegend
geschlossene Poren mit verglaster Außenhaut aus geblähtem Perlit aufweist, und sich dadurch auszeichnet,
daß im Blndemittelgerüsi Körner eines Feldspat und/oder Feldspatvenreter enthaltenden magmatischen
Gesteins eingebettet sind. Eine besondere Ausfuhrungs-Γοπη
der Erfindung stellen feuerfeste keramische Isoliersteine dar, bestehend aus geblähten Perliikörnern und
einem Blndemittelgerflst aus Portlandzement, dadurch
gekennzeichnet, daß im BlndemitielgerQst Körner eines
Feldspat und/oder Feldspatvertreter enthaltenden magmatischen Gesteins eingebettet sind. Insbesondere werde;i
Körner eines basischen magmatischen Gesteins verwendet. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Gesteinskörner
aus Basalt, Gabbro oder Phonolit bestehen und im Kornbereich hauptsächlich zwischen 0,1 und 4 mm
liegen und deren Feststoffanteil zwischen 30 und 80 Gew.-%, insbesondere zwischen 40 und 60 Gew.-'v,,
beträgt.
Es hai sich in überraschender Weise gezeigt, daß in
den erfindungsgemäßen Steinen nach dem Erhitzen kein freies Calciumoxid mehr vorhanden ist, die Schwindiing
nach dem Erhitzen maximal nur etw? 0,8 bis 1,0% beträgt und die Festigkeit beim Erhitzen kein ausgeprägtes
Minimum durchläuft. Wahrscheinlich finden bereits Festkörperreaktionen zwischen den Gesieinskörnern und
dem freien Calciumoxid im Temperaturbereich zwischen 600 und 11000C statt, wobei das freie Calciumoxid
gebunden und eine Schwindung verhindert wird sowie eine Bindung erfolgt, die die Festigkeit stabilisiert. Diese
Vorgänge spielen sich in einem Bereich ab, in dem eine Entstehung der verglasten Porenaußenhaut noch nicht
festgestellt wird. Insofern ist es auch möglich, die ungebrannten Steine zu Isolierzwecken im Temperaturbereich
unterhalb 1200° C zu verwenden. Offenbar wird der
synergistische Effekt, nämlich die Stabilisierung der Festigkeit, Verhinderung der Schwindung und Bindung
des freien Calciumoxid« durch die Wechselwirkung zwischen
den Gesieinskörnern und den Perlitkömern bewirkt.
Dabei ist bemerkenswert, dall die Anwendungsgrenze der Feuerleichisteine nicht beeinträchtigt wird.
Dabei ist bemerkenswert, dall die Anwendungsgrenze der Feuerleichisteine nicht beeinträchtigt wird.
Das eriindungsgemäße Verfahren zur Herstellung feuerfester
keramischer Isoliersteine zeichnet sich dadurch aus, daß ein Gemenge aus Portlandzement, geblähtem
Perlit, Sand eines magmatischen Feldspat und/oder FeIdspaivertreter
enthaltenden Gesteins und Wasser zu einem Rohling geformt wird, der anschließend derart
gebrannt wird, daß sich aus Perlitkömern geschlossene Poren mit verglaster Außenhaut bilden. Vorteilhaft ist,
wenn ein Gesteinssand aus Basalt und/oder Gabbro und/oder Phonolit in Mengen von 30 bis 80 Gew.-%,
bezogen auf den Feststoffgehall des Gemenges, zugesetzt wird und der Gesteinssand die folgende Kornveneilung
aufweist:
Die ZusatZitoffnienge und der Komaufbau des
Gesteinssandes richten sich nach der Porilandzementsorte
bzw. nach der Menge des beim Erhitzen auftretenden freien Calciumoxids und der Neigung des Bindemitteigerüsts,
beim Erhitzen zu schwinden. Insofern stellen die obigen Aufgaben Bereiche dar. die sich als günstig
erwiesen haben.
| Kornb | creich (mm) | Anteil (Gew.-%) |
| 2 | bis 4 | 10 bis 30 |
| 1 | bis 2 | 10 bis 30 |
| 0,5 | bis 1 | 5 bis 20 |
| 0,25 | bis 0,5 | 5 bis 20 |
| 0,125 | bis 0.25 | 5 bis 20 |
| 0 | bis 0,125 | 0 bis 20 |
Claims (10)
1. Feuerfester keramischer Isnüersteln, der ein BindemittelgerGst
aus Portlandzement und Oberwiegend geschlossene Poren mit verglaster Außenhaut aus
geblähtem Perlit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bindemiuelgerüst Kömer eines
Feldspat und/oder Feldspatvertreter enthaltenden magmatischen Gesteins eingebettet sind.
2. Feuerfeste keramische Isoliersteine, bestehend aus geblähten Perliikörnern und einem Bindemittelgerüsi
aus Portlandzement, dadurch gekennzeichnet, daß im Bindemittelgerüst Körner eines Feldspat
und/oder Feldspatvertreter enthaltenden magmatischen Gesteins eingebettet sind.
3. Isoliersteine nach Anspruch I und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bindemiitelgerüst
Körner eines basischen magmatischen Gesteins eingebettet sind.
4. Isoliersieine nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinskömer aus Basalt
und/oder Gabbro und/oder Phonolit bestehen.
5. Isoliersteine nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinskömer im Kornbereich
hauptsächlich zwischen 0,1 und 4 mm liegen.
6. Isoliersteine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der
Feststoffanteil der Gesteinskörner zwischen 30 und 80 Gew.-%, insbesondere zwischen 40 bis 60 Gew.-v
beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung der Isoliersteine nach Anspruch I bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß ein
Gemenge aus Portlandzement, geblähtem Perlit. Sand eines magmatischen Feldspat und/oder Feldspatvertreter
enthaltenden Gesteins und Wasser zu einem Rohling geformt und durch hydraulische Erhärtung
verfestigt wird, der anschließend ggf. derart gebrannt wird, daß sich aus den Perlitkörnern geschlossene
Poren mit einer verglasten Außenhaut bilden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Gesteinssand Basalt und/oder
Gabbro und/oder Phonolit verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gesteinssand In Mengen von 30 bis 80 Gew.-v bezogen auf den Feststoffgehalt des
Gemenges, zugesetzt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Gesteinssand verwendet wird, der die folgende Kornvcrteilung
aufweist:
Kornbereich (mm)
Anteil (Gew.-%)
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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