DE2745750C3

DE2745750C3 - Zementfreies Mörtelmischung und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE2745750C3
Application number: DE2745750A
Authority: DE
Inventors: William Richard Lancaster Pa. Reed
Original assignee: Armstrong Cork Co
Current assignee: Armstrong World Industries Inc
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1977-10-11
Publication date: 1982-03-11
Also published as: US4072533A; DE2745750A1; DE2745750B2; CA1084070A

Description

Die Erfindung betrifft als zementfreies Baumaterial eine leichte zementfreie Mörtelmischung, die Natriumsilikat als Bindemittel, einen geschäumten siliziumhaltigen anorganischen Zuschlagstoff sowie einen weiteren Zusatzstoff enthält, sowie deren Verwendung zur Herstellung von Formkörpern.

Es ist bereits eine Vielzahl von Zusammensetzungen von Baumaterialien bekannt, die billig sind, thermisch gut isolieren und sich insbesondere für Industriebauten und Wohnhäuser eignen. Solche üblicherweise verwendeten Materialien haben Bindemittel aus Zement, wie Portlandzement, die mit einem leichten anorganischen Zuschlagstoff, beispielsweise Vermiculit (Magnesiumaluminiumsilikat) oder Perlit (Liparit- oder Quarzporphyrgläser mit feinen Wassereinschlüssen), vermischt sind. Obwohl aus diesen Materialien zusammengesetzte Baumaterialien im allgemeinen recht brauchbar sind, haben sie den Nachteil, daß sie porös sind und aus der Umgebungsatmosphäre leicht Wasser absorbieren. Bei Frost-Tau-Bedingungen verschlechtern sich die physikalischen Eigenschaften dieser Stoffe enorm, so daß sich die Einsatzmoglichkeiten als Baumaterialien wesentlich verringern. Versuche, die Wasseranfälligkeit solcher Materialien zu vermeiden, haben schließlich zu leichten Baumaterialien mit guter thermischer Isolierwirkung geführt, die Bindemittel aufweisen, welche verschiedene Zemente enthalten können, daneben jedoch auch Silikate von Kalium und Natrium. Mit Ausnahme der Materialien auf Zementbasis zeigen diese Zusammensetzungen einen akzeptablen Wasserwiderstand und

in absorbieren keine derartigen Wassermengen, die sich bei den Zusammensetzungen auf Zementbasis als so nachteilig erwiesen haben. Diese Stoffe sind jedoch nicht vollständig gegenüber einer Wasserabsorption immun. Sie absorbieren sehr kleine Mengen an Feuchtigkeit aus der Atmosphäre. Obwohl sich dies unter Frost-Tau-Bedingungen nicht wesentlich auswirkt, tritt die Tatsache der Absorption kleiner Wassermengen in Form von Ausblühungen merklich in Erscheinung, was insbesondere auf der Auflösung des Silikatbindemittels beruht. Bei derartigen Systemen erfolgt die Auflösung der Silikatgläser bei Vorhandensein einer kleinen Wassermenge schneller als bei großen Wassermengen. Der Grund dafür besteht darin, daß das Natriumoxyd in dem Silikatglas ausgewaschen wird, wodurch man eine Lösung von Nairiumhydroxyd erhält. Das verbleibende Restglas hat ein höheres SiO₂-Na₂O-Verhältnis. Man weiß, daß das Siliziumdioxyd aus diesem Material herausgewaschen wird, wenn der pH-Wert der Lösung hoch wird. Bei Vorhandensein einer kleinen Wassermenge ergibt eine vorgegebene Menge an Natriumoxyd, die aus dem siliziumhaltigen Glas ausgewaschen ist, einen höheren pH-Wert als wenn die gleiche Menge mit einer größeren Wassermenge ausgewaschen würde. Somit werden Silikatglasbindemittel, die Wasser enthalten, weil die Trocknungsbedingungen nicht genügen, um sie in die wasserfreie Form umzuwandeln, oder wegen der Absorption von kleinen Wassermengen aus der Umgebungsatmosphäre, nachteilig beeinflußt. Es treten zwei Hauptnachteile auf.

Das gebildete Natriumhydroxyd reagiert mit Kohlendioxyd in der Atmosphäre, wodurch Natriumkarbonat gebildet wird, das als Ausblühung, beispielsweise als weißes Pulver, auf der Oberfläche in Erscheinung tritt. Wenn die Natriumhydroxydlösung, die das Glasbindemittel umgibt, ausreichend konzentriert wird, wird als weiterer Nachteil das restliche Silikatglasbindemittel gelöst, wodurch jede Bindefähigkeit mit irgendeinem Baumaterial vollständig zerstört wird, was eine völlige Unbrauchbarkeit eines solchen Materials ergibt. Das

so Ausblühproblem kann dadurch gelöst werden, daß anstelle von Natriumsilikatgläsern Kaliumsilikatgläser verwendet werden, da Kaliumkarbonat nicht ausblüht, wie dies bei Natriumkarbonat der Fall ist. Kaliumgläser sind jedoch verglichen mit Natriumgläsern wirtschaftlieh nachteilig.

Es war bereits bekannt, einem solchen Wasserglas-Mörtel als Härtungsmittel ein Kondensationsprodukt aus Borsäure und Phosphorsäure zuzusetzen. So wird in der US-PS 31 78 299 ein selbsthärtender Wasserglaszement beschrieben, der aus einem inerten Füllstoff, einem Alkalisilikat und einem Kondensationsprodukt aus borsäure und Phosphorsäure im Molverhältnis von 0,8 bis 1,2 als Härtungsmittel besteht. Diese bekannten Materialien zeigen zwar gute Härtung, ihre Wasserbe-

hi ständigkeit ist jedoch immer noch verbesserungswürdig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

leichtes zementfreies Baumaterial zur Verfugung zu stellen, welches, wenn es der umgebenden Atmosphäre

ausgesetzt ist, nur geringfügige Beeinträchtigung der physikalischen Eigenschaften zeigt und nicht zu Ausblühungen neigt

Gegenstand der Erfindung ist eine zementfreie Mörtelmischung, die Natriumsilikat, einen geschäumten siliziumhaltigen anorganischen Zuschlagstoff und einen weiteren Zusatzstoff enthält, die dadurch gekennzeichnet ist, daß als weiterer Zusatzstoff ein Ausblühhemmstoff vorliegt, der ein Borat von Zink, Kalzium oder Magnesium oder ein Gemisch davon, Kalziumnitrat, Kalziumphosphat, Kalziumorthophosphat oder ein Gemisch davon darstellt

Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Verwendung der zementfreien Mörtelmischung zur Herstellung von Formkörpern, die aus dieser Mörtelmischung erhalten werden. So kann die erfindungsgemäße Mörielmischung in einem kontinuierlichen Bahnbildungsvorgang ausgeformt werden. Das so erhaltene Bahnmaterial zeigt aufgrund bestimmter Zusatzstoffe eine verbesserte Festigkeit und neigt nicht zu Ausblühungen.

Das erfindungsgemäße Baumaterial ist ein thermisch isolierendes, keinen Zement enthaltendes plattenartiges Produkt mit einem Natriumsilikatbindemittel und einem geschäumten siliziumhaltigen anorganischen Zuschlagstoff. Für bestimmte spezielle Fälle, damit das Material eine gute Handhabbarkeit und dergleichen hat enthält das Material organische Fasern, beispielsweise Polyesterfasern, Polyamidfasern oder dergleichen. Zu diesen Komponenten wird ein Ausblühungshemmstoff hinzugegeben. Dieser Hemmstoff verringert nicht nur die Tendenz des Natriumsilikats, auszublühen, sondern verbessert auch die physikalischen Langzeiteigenschaften der Zusammensetzung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die gute Isoliereigenschaften und einen hob λ Flammenwiderstand haben soll, wird geschäumtes Perlit verwendet. Erfindungsgemäß bevorzugtes Perlit hat eine Schüttdichte zwischen 0,03 und 0,16 g/cm³ (2 bis 10 lg/ft³) und eine Teilchengröße zwischen 5 und 100 gemessen nach der Tyler-Siebtabelle. Das Perlit ist in den Zusammensetzungen in Anteilen von 80% bis etwa 39% basierend auf der gesamten Zusammensetzung, vorzugsweise zwischen 60% und 45 Gewichtsprozent vorhanden.

Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform geschäumtes Perlit mit den vorstehenden Eigenschaften verwendet wird, können bei anderen Ausführungsformen auch verschiedene geschäumte siliziumhaltige anorganische Zuschlagstoffe verwendet werden. So kann auch geschäumtes Perlit mit Dichten und Teilchengrößen außerhalb des genannten Bereichs verwendet werden, wenn Dichte, Festigkeit oder Isolierwerte des siel? ergebenden Baumaterials nicht von primärer Bedeutung sind. Aus dem gleichen Grund können auch andere hitzeresistente siliziumhaltige anorganische Zuschlagstoffe, wie Blähton, Schaumglas, geschäumter Vermiculit und Kieselgurschaum verwendet werden, die das geschäumte Perlit teilweise oder vollständig ersetzen. .

Als anorganisches Bindemittel wird Natriumsilikat verwendet. Obwohl Kaliumsilikat günstig wäre, hat es den Nachteil, daB es verglichen mit Nätriümsiükät sehr teuer ist. Es hat sich gezeigt, daß ein höherer Natriumsilikatgehalt eine nachteilige Auswirkung hinsichtlich des Ausblühens und der Festigkeit der Baumaterialien, die die genannten Stoffe enthalten, aufweist. Deshalb wird vorzugsweise Natriumsilikat mit einem Natriumoxyd-Siliziumdioxyd-Mengenvsrhältnis von etwa I : 4 bis 1 : 2 verwendet, in einem Trockengewicht von etwa 15% bis etwa 60%, bezogen auf die Trockengewichte der Feststoffe des Produkts. Obwohl innerhalb dieser genannten Bereiche ein zufriedenstellendes Produkt erhalten wird, werden die nachstehenden Bereiche bevorzugt, bei denen das Verhältnis von Natriumoxyd zu Siliziumdioxyd von 1 :4 bis etwa 1 :3 und von etwa 25% bis etwa 40% von trockenem Silikat in der Zusammensetzung des Produkts reicht.

ίο Wenn die lösbaren Silikate ein Alkali: Silizi-imdioxyd-Verhältnis haben, das höher als 1:4 ist wird die Lösbarkeit der erhaltenen Alkalisilikate bis zu einem Ausmaß vermindert daß Lösungen schwierig daraus herzustellen sind. Wenn Mengen von weniger als 15% an trockenem Silikat verwendet werden, ist das fertige Produkt geschwächt während mehr als 60% an trockenem Silikat eine Platte ergeben, deren Dichte unerwünscht hoch ist und die schlechte physikalische Eigenschaften hat, beispielsweise eine schlechte Isolierung und einen niedrigen NRC-Wert. Gleicherweise ergeben sich nachteilige Effekte mit Alkalisilikatverhältnissen, die größer als die angegebenen sind. Zusammensetzungen, die geschäumten Perlit oder ein anderes siliziumhaltiges anorganisches Material und Natriumsilikat enthalten, neigen, wie erwähnt, zu einem Ausblühen und zu einer Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften im Laufe der Zeit, während der sie den Umgebungsbedingun,;en ausgesetzt shid. Das erfindungsgemäß verbesserte Baumaterial hat zusätzlich einen Ausblühhemmstoff. Dieser Hemmstoff umfaßt eine Borverbindung, die aus Kalziumboraten, Magnesiumboraten und däigleichen auswählbar ist. Andere Ausblühhemmstoffe sind Kalziumsalze, die aus der Gruppe Kalziumnitrat, Kalziumphosphat und Kalziumorthophosphat auswählbar sind. Dabei können auch Mischungen dieser Ausblühhemmstoffe verwendet werden.

Die Ausblühhemmstoffe werden besonders günstig in einem Baumaterial in einer Menge verwendet, die nicht weniger als 6 Gewichtsprozent Ausblühhemmstoff basierend auf der Menge an trockenem Silikat aufweist. Als obere Grenze für die Menge des Ausblühhemmstoffs hat sich gezeigt, daß Mengen von mehr als 45 Gewichtsprozent Ausblühhemmstoff basierend auf trockenem Silikatgewicht nicht überschritten werden sollen. Hemmstoffkonzentrationen, die größer als dieser Prozentsatz sind, ergeben schlechtere physikalische Eigenschaften des Baumaterials, während Mengen von weniger als 6% keinen wirksamen Schutz mehr gegen das Ausblühen geben und zu verschlechterten physikalischen Eigenschaften führen, wenn das Material den Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird. Vorzugsweise werden 10% bis 37% Ausblühhemmstoff basierend auf dem Gewichtsprozentsatz von trockenem Silikat verwendet, vorzugsweise 25% bis 30%.

Wahlweise können bis zu 30 Gewichtsprozent des geschäumten siliziumhaltigen anorganischen Zuschlagsstoffes durch andere Materialien ersetzt werden, beispielsweise durch organische Fasern. Obwohl eine Zusammensetzung auch mit Mengen hergestellt werden kann, die größer als die angeführten sind, genügt das erhaltene Material nicht mehr bestimmten Feueranfor^ derungen an die Bauprodukte, weil es beispielsweise leicht brennt. Vorzugsweise werden 5% des geschäum-

h"> ten siliziumhaltigen anorganischen Zuschlagstoffs durch organische Fasern, im besonders günstigen Fall I Gewichtsprozent, ersetzt. Die organischen Fasern können Polyester-, Polyamid- oder Polypropylenfasern

oder Mischungen aus diesen Fasern sein. Es können auch Glasfasern verwendet werden, die organische Fasern ersetzen, vorausgesetzt, daß sie alkaliresistent sind, so daß sie durch das Natriumsilikatbindemittel nicht aufgelöst werden. Ein solcher Alkaliwiderstand läßt sich aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Fasern oder durch auf die Fasern aufgebrachte Schutzüberzüge erreichen. Die alkaliresistenten Fasern können als vollständiger oder teilweiser Ersatz der anorganischen Fasern dienen. Vorzugsweise werden 30 bis 60% der organischen Fasern durch Glasfasern ersetzt.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Baumaterials wird der geschäumte siiiziumhaltige anorganische Zuschlagstoff mit der Natriumsilikatlösung vermischt. Wenn organische oder anorganische Fasern ebenfalls verwendet werden sollen, wird der geschäumte Zuschlagstoff zunächst mit den aufgelockerten Fasern in trockener Form gemischt. Die Mischung wird dann mit Natriumsilikatlösung naßgemacht. In jedem Faii hat die sich ergebende Zusammensetzung die Form eines leicht nassen Gemisches, das in etwi feuchtem Sand ähnlich ist. Dieser Zusammensetzung wird der Ausblühhemmstoff oder werden die Ausblühhemmstoffe, wie sie oben genannt sind, zugesetzt. Durch ein weiteres Mischen wird eine gute Verteilung des Hemmstoffs in der Masse erreicht. Das leicht nasse Gemisch wird dann gepreßt und getrocknet. Pressen und Trocknen erfolgen dadurch, daß die Mischung auf eine gewünschte Stärke bei etwa 2 bis 20 bar (30 bis 200 psi) gepreßt wird. Die gepreßte plattenförmige Masse wird dann im Ofen etwa 3 Stunden lang, vorzugsweise bei 90⁰C (200° F) getrocknet. Ein schnelleres Trocknen wird bei Temperaturen über 90⁰C erreicht. Die Temperaturen sollen jedoch 200⁰C nicht überschreiten. Vorzugsweise wird die plattenförmige Masse zunächst 30 Minuten bei 90⁰C getrocknet. Dann wird die Ofentemperatur während etwa 2 bis 1 Stunde auf 120 bis 180° C angehoben.

Anhand der nachstehenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert, wobei die angegebenen Prozentwerte auf das Trockengewicht der Bestandteile bezogen sind.

Beispiel 1

Geschäumtes Perlit 57%
Natriumsilikatlösung mit 104 g

in 22 Ig Wasser 30%

Polyesterfaser 1 %

Kalziummetaborat · Hexahydrat 12%

Die eingetragenen Bestandteile werden in einem herkömmlichen mechanischen Mischer dadurch gemischt, daß zuerst eine Trockenmischung aus Kalziummetaborat, Polyesterfaser und geschäumtem Perlit hergestellt wird, der eine Schüttdichte von 0,05 g/cm³ und eine Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,15 bis 4 mm hat. Diesem Gemisch wird die Natriumsilikatlösung zugegeben, wobei mit dem Mischen fortgefahren wird bis die Mischmasse gleichförmig naß ist. Die erhaltenen nassen Feststoffe werden zu einer Platte geformt und bei einem Druck von 4 bar und einer Temperatur von 90^cC 3 Stunden gepreßt. Die erhaltene trockene Plane hat eine Stärke von 16 mm, eine Dichte von 0.2 kg/dm³ und einen Bruchmodul von 8,4 kg/cm².

Beispiel 2

Die im Beispiel 1 angegebenen Maßnahmen werden mit folgender Zusammensetzung wiederholt:

Perlit 58%

Natriumsilikatlösung 30%

Kalziummetaborat ■ Hexahydrat 12%

Die erhaltene trockene Platte hat eine Stärke von 16 mm und einen Bruchmodul von 7 kg/cm^:.

Beispiel 3

Die Maßnahmen von Beispie!! werden mit folgender Zusammensetzung wiederholt:

Perlit 63%

Natriumsilikatlösung 33%

Kalziu.vimetaborat ■ Hexahydrat 3%

Polyesterfaser 1 %

Die erhaltene trockene Platte hat eine Stärke von 16 mm und einen Bruchmodul von 9,8 kg/cm².

Beispiel 4

Die Maßnahmen von Beispiel 1 werden mit folgender Zusammensetzung wiederholt:

Perlit 51%

Natriumsilikatlösung 26%

Kalziummetaborat · Hexahydrat 22%

Polyesterfaser 1%

Die erhaltene trockene Platte hat eine Stärke von If mm und einen Bruchmodul von 63 kg/cm².

Die Ausblühung der Baumaterialien gemäß den vorstehenden Beispielen und anderer Ausführungsbeispiele wird nach folgendem Verfahren ermittelt. Eine Probe von etwa 7,5 cm χ 23 cm wird in einem Trocknungsgefäß angeordnet, das 2,5 bis 5 cm Wasser enthält. Dann wird in das Gefäß 3 Minuten lang Kohlendioxydgas eingeführt, daß das Volumen des Gefäßes mit Gas geflutet ist Anschließend wird ein Deckel aufgesetzt Nach 24 Stunden wird die Probe entfernt und in Luft getrocknet Die Ausblühung wird durch visuelle Untersuchung der Ausblühmaterialmenge festgestellt die sich an der Probe, an der der Versuch durchgeführt wurde, gezeigt hat Die Werte werden einer Skala von 0 bis 10 zugeordnet, wobei beim Wert 0 keine AusblChung vorliegt In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse für erfindungsgemäße Zusammensetzungen aufgeführt

Beispiel (a) ÄiisblühhcmmstülT

Konzentralion	Ausblühungsgrad
in % (b)
28	0
28	0
10	4
45	0

Kalziummetaborat
Kalziummetaborat
Kalziummetaborat
Kalmimmctiinoral

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\nhand der /dehnung, in der schein.itiseli und perspekti\ iscli ein formkörper ge/eigl ist. wird die f j findung naher erlaiiteri.

Der erlindiingsgemalie I ormkorper bestell! aus einem Qnacler. j_t._{r ;)}|_ls hinein /ementfreien Baumaterial hergestellt ist. ilas ,\us N;ilriumsilik.il. einem geschauinten sili/iumh.i'tigen anorganischen Zuschlagstoff und aus einem Ausblühhemmstoff besteht. Der Ausbluhhemnistoll besieht aus einer Bor\ erbiiuluii!». einem K.il/mmsiii/ oder einem Alk.ilimet.illlluorsilikal oder ,.us einer Misclr.ing dieser Stoffe.

Die Borverbindung iimfaBt Borate son /ink. Kal/iiini. Magnesium.

Das Kal/inmsal/ umfaßt Kal/iumnitral. Kal/iumphosphat und/oder Kal/iiiniorthophosphat.

in dem ge/eigtin lormkörper ist ein "IlM des anorganischen sili/iumhaltigen Zuschlagstoffs dureli ein organisches f iiserniateria! ersetzt.

Claims

Patentansprüche:

1. Zementfreie Mörtelmischung, die Natriumsilikat, einen geschäumten siliziumhaltigen anorganischen Zuschlagstoff und einen weiteren Zusatzstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Zusatzstoff ein Ausblühhemmstoff vorliegt, der ein Borat von Zink, Kalzium oder Magnesium oder ein Gemisch davon, Kalziumnitrat, Kalziumphosphat, Kalziumorthophosphat oder ein Gemisch davon darstellt.

2. Mörtelmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte siliziumhaltige anorganische Zuschlagstoff Perlit ist und das Natriumsilikat ein Verhältnis Na₂OrSiO₂ von 1 :4 bis etwa 1 :2 aufweisL

3. Mörtelmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Perlit bei einer einer lichten Maschenweite von 0,15 bis 4 mm entsprechenden Korngröße eine Schüttdichte zwischen 0,03 und 0,16 g/cm³ hat.

4. Mörtelmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Perlitgehalt etwa 39% bis etwa 80% des Gesamtmaterials ausmacht.

5. Mörtelmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Ausblühhemmstoffes 6 bis 45 Gewichtsprozent des Natriumsilikatanteils beträgt.

6. Mörtelmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein organisches Fasermaterial enthalten ist, das 5 bis 30% des Perlitgehalts ersetzt.

7. Mörtelmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie das geschäumte Perlit in einer Menge von 39 bis 80 Gewichtsprozent und das Borat in einer Menge von 10 bis 37 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Natriumsilikats, enthält

8. Verwendung der zementfreien Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Formkörpern.