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Leichtgewichtiges, rieselfähiges vorzugsweise perlförmiges
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Material Die Erfindung betrifft ein leichtgewichtiges, rieselfähiges
vorzugsweise perlförmiges Material zur Herstellung von Bettungen, Füllungen und,
unter Verwendung von Bindemitteln, Leichtgewichtserzeugnissen, insbesondere von
leichten Bausteinen und Bauplatten.
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Das derzeit wohl bekannteste derartige Material. dürften aus aufgeschäumtem
Polystyrol geformte Körper sein, die in großem Maße für Verpackungszwecke, für Füllungen,
insbesondere zur Wärmedämmung, aber auch als Füllstoff zur Herstellung von Bausteinen
und Bauplatten Verwendung finden.
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Der Einsatz dieser aus aufschäumbaren Kunststoffen hergestellten Körper
findet seine Grenze bei deren thermischen Belastbarkeit die bei etwa 800C bis 1000C
liegt. Wird diese Grenze überschritten, so wird nicht nur die Struktur dieser Körper
entfestigt, sondern es bilden sich auch schädigende bis giftige Gase. Dieser Mangel
läßt den Einsatz derartiger aufgeschäumter Kunststoffkörper zur Herstellung von
leichten Bausteinen und Bauplatten nur in sehr geringem Maße zu.
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Weitere Materialien bestehen aus organischen Stoffen, insbesondere
aus Sägemehl bzw. Holzspänen oder -sonstigen pflanzlichen Abfallstoffen. Die Späne
bzw. das sonstwie zerkleinerte Material können in dieser zerkleinerten Form Verwendung
finden, oder sie können auch pelletiert und danach als Pellets verarbeitet werden.
Das Pelletieren dieser organischen Stoffe hat den Vorteil, daß in die Pellets gleichzeitig
Bindemittel oder sonstige Chemikalien, beispielsweise auch Brandschutzstoffe mit
einpelletiert werden können, wodurch das Endmaterial in seinen Eigenschaften wesentlich
verbessert werden kann. Allerdings ist der Einsatz auch dieser Materialien durch
deren thermische Belastbarkeit, deren oberen Grenze ebenfalls bei 800C liegen dürfte,
begrenzt. Zwar findet keine solch rapide Entfestigung wie bei den Kunststoffschäumen
statt, jedoch tragen die organischen Materialien sehr stark zur Brandlast bei. Zu
bemängeln ist bei diesen Materialien auch-, daß sie verhältnismäßig schwer sind,
daß sich also hiermit keine extremen Leichtgewichtserzeugni'sse herstellen lassen.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein leichtgewichtiges, rieselfähiges
vorzugsweise perlförmiges Material anzugeben, das für sich allein zur Bildung von
Bettungen, als Verpackungsmaterial oder als Material für Füllungen verwendet werden
kann das aber auch erlaubt, unter Einsatz von Bindemitteln, Leichtgewichtserzeugnisse,
insbesondere leichte Bausteine und Bauplatten herzustellen. Als Bindemittel kommen
hierbei sowohl hydraulische Bindemittel, wie auch auf Kunstharzbasis beruhende Bindemittel
oder auch mineralische Bindemittel wie beispielsweise Ton (Tonschlicker) oder flüssiges
Wasserglas etc. in Frage. Die thermische Belastbarkeitsgrenze dieses Materials soll
außerdem deutlich höher liegen als bei den bekannten Materialien und es sollen auch
bei Wärmeeinwirkung keine umweltschädlichen Gase oder sonstige schädliche Abbauprodukte
entstehen.
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Erreicht wird dies nach der Erfindung durch ein Material das gekennzeichnet
ist durch einen Kern aus aufgeschäumtem Perlit und einem mit dem Kern verbundenen
Mantel aus Glas- und/oder Keramikmaterial.
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Dieses vollkommen~aus mineralischen Bestandteilen bestehende Material
hat einen Erweichungspunkt der etwa bei 10000C liegt und ist damit den bekannten
Materialien hinsichtlich der thermischen Beständigkeit deutlich überlegen. Auch
bei Überschreiten der Erweichungstemperatur findet keine schlagartige Entfestigung,
sondern ein allmähliches Weichwerden des Materials statt. Wichtig ist hierbei, daß
keine schädlichen Gase entstehen und das Endprodukt dieses thermisch zersetzten
Materials lediglich mineralische Asche ist.
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Weiter ist hervorzuheben, daß der aus aufgeschäumtem Perlit bestehende
Kern ein Schüttgewicht von etwa 50 bis 60 g/dm3 besitzt, damit also als äußerst
leichtgewichtiges Material anzusehen ist. Der außen aufgebrachte, der Erhöhung der
Druckfestigkeit dienende Mantel aus Glas- und/oder Keramikmaterial kann verhältnismäßig
dünn gehalten werden, so daß er nicht wesentlich das Gewicht des erfindungsgemäßen
Materials erhöht. Insgesamt ergibt sich ein Material, dessen Kern aus einem Netzwerk
aus Silicatgestein gebildet ist der durch einen Mantel aus zumindest teilweise zusammenhängendem
Glas- und/oder Keramikmaterial umhüllt ist. Da der Mantel unmittelbar auf dem Kernmaterial
aufliegt wird er durch das Netzwerk des Kernes abgestützt, so daß sich, trotz des
niederen Gewichtes des Materials, doch eine sehr hohe Druckfestigkeit hierfür ergibt.
Eine verhältnismäßig hohe Druckfestigkeit bleibt bei dem Material nach der Erfindung
überraschenderweise auch dann erhalten, wenn das Kernmaterial bei zu hoher Temperatur
schmilzt und lediglich der zuvor den Kern umgebende Mantel aus Glas- und/oder Keramikmaterial
bestehen bleibt. Damit läßt sich das Material sehr gut für Bettungen und Füllungen
verwenden, die auch höheren Temperaturen ausgesetzt werden können, aber auch zur
Herstellung von Deichtgewichtserzeugnissen unter Einsatz entsprechender Bindemittel.
Derartige Leichtgewichtserzeugnisse können nun auch im Bausektor eingesetzt werden,
da sie nicht zur Brandlast beitragen und außerdem thermisch sehr hoch beständig
sind. So ist es beispielsweise auch möglich unter Verwendung des erfindungsgemäßen
Materials Ziegel-Mauersteine und -platten herzustellen, wobei das Material bereits
den Ausgangsmaterialien der Ziegel beigemengt und mit den Ziegeln
gebrannt
werden kann. Das Ergebnis ist ein äußerst leichtgewichtiger Ziegel-Mauerstein der
trotzdem eine sehr hohe Druckfestigkeit aufweist. Selbstverständlich ist der Einsatz
des erfindungsgemäßen Materials auch bei hydraulischen Bindemitteln, wie Zement
und Gips möglich, wobei nicht nur die hohe Druckfestigkeit und thermische Beständigkeit
sich vorteilhaft bemerkbar macht, sondern auch der niedrige Preis des Materials.
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Ganz allgemein ist zu sagen, daß das Material, da es als Rohmaterial
schon äußerst billig bezogen werden kann, auch entsprechend billig herzustellen
und zu vertreiben ist.
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Der Einsatz des Materials sowohl für sich allein wie auch zur Herstellung
von Leichtgewichtserzeugnissen ist also äußerst wirtschaftlich.
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Wird dem Glas- und/oder Keramikmaterial des Mantels unaufgeschäumtes
Perlit zugefügt, so wird diese Beimengung bei einem über etwa 9000C liegenden Temperaturangriff
aufschäumen. Dieses Aufschäumen kann dazu verwendet werden, um beispielsweise das
Material in Ziegeln bei deren Brennen sicher zu verankern oder auch um durch den
Wärmeentzug beim Aufschäumen, eine brandhemmende Wirkung zu erzielen.
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Weiter kann auch im Kern unaufgeschäumtes Perlit und/oder Glas- und/oder
Keramikmaterial enthalten sein wobei diese Zusatzmaterialien zur Verfestigung des
Xernes unter Temperatureinfluß dienen.
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Zur Herstellung des Materials nach der Erfindung wird nach einem ersten
Herstellweg vorgeschlagen, daß die aufgeschäumten Perlitkerne mit flüssigem Wasserglas
ummantelt, oberflächig getrocknet und solange an der Luft gelagert werden, bis sich
der Wasserglasmantel verfestigt hat. Hierbei kann die Verfestigung durch Lagerung
in einer Kohlendioxidatmosphäre (wo2) beschleunigt werden. Da sich die kolloidale
Wasserglaslösung unter Einfluß von Kohlensäure langsam unter Abscheidung von Kieselsäuren
zu einer zähen, allmählich spröde werdenden Masse verfestigt, ergibt sich damit
ein verhältnismäßig.fester Mantel, der sicher an dem aufgeschäumten Perlitkern anliegt.
In vielen Fällen
w ist die damit erzielbare Druckfestigkeit des
Materials ausreichend. Wird eine höhere Druckfestigkeit gefordert, so empfiehlt
es sich daß die mit dem Wasserglasmantel versehenen Perlitkerne schockartig im Durchlaufverfahren
auf eine Temperatur von 8000C bis 12000C erhitzt werden, wodurch sich Glas- bzw.
Keramikfritten ergeben und damit die Druckfestigkeit des erfindungsgemäßen Materials
deutlich erhöht wird.
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Ein weiterer Weg zur Herstellung des Materials wird nach der Erfindung
dadurch aufgezeigt, daß die aufgeschäumten Perlitkerne, unmittelbar nach dem Aufschäumen
in noch warmen (800QC-10000C) Zustand mit flüssigem Wasserglas besprüht werden.
Durch das Auf sprühen des Wasserglases in noch warmen Zustand verdampft nicht nur
das im Wasserglas enthaltene Wasser, sondern es bilden sich hierbei auch bereits
Glas- bzw. Keramikfritten die der. Erhöhung der Druckfestigkeit des erfindungsgemäßen
Materials dienen.
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Wird als Wasserglas Kaliwasserglas verwendet, so wird gleichzeitig
mit der Verfestigung des erfindungsgemäßen Materials die bekannte flammhemmende
Wirkung von Kaliwasserglas ausgenutzt.
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Als vorteilhaft erweist es sich, dem flüssigen Wasserglas zermahlene
Silicatmineralien, vorzugsweise in Staubform beizufügen. Diese Silicatmineralien
bilden bei einem Temperaturangriff der in der Nähe des Erweichungspunktes dieser
Mineralien liegt festigkeitserhöhende Fritten, zusätzlich zu den sich aus den Silicatgemischen
des Wasserglases ergebenden Fritten. Diese Silicatmineralien die bis 50 Vol % des
flüssigen Wasserglases einnehmen können, vorzugsweise jedoch etwa 30 Vol %, können
zermahlenpes Altglas, Aluminiumsilicat (Al203-2SiO2-2H2O) oder auch unaufgeschäumter
oder geschäumter Perlitstaub sein. Empfehlenswert ist außerdem der Einsatz von Colemanit,
da durch dessen Borgehalt die Bildungstemperatur der Glas- bzw. Keramikfritten herabgesetzt
wird. Derartige Silicatmineralien, wie auch Colemanit, können auch dem aufzuschäumenden
Perlit
beigegeben werden, wodurch sich beim Blähvorgang ebenfalls Glas- und/oder Keramikfritten
die zur Verfestigungen des Kernes bzw. des erfindungsgemäßen Materials beitragen,
bilden.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann auch geschäumter und/oder
unaufgeschäumter Perlitstaub unter Mitwirkung eines dünnflüssigen Bindemittels wie
flüssigem Wasserglas, vorzugsweise unter Zusatz glas- und/oder keramikbildendem
Mineralstaub pelletiert werden, was nicht nur eine Vergleichmäßigung des Kernaufbaues
zur Folge hat, sondern auch ggf. eine gleichmäßige Durchmischung des Perlits mit
den glas- und/oder keramikbildenden Mineralien.
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Schon dadurch wird eine äußerst hohe Festigkeit des erfindungsgemäßen
Materials erreicht, die noch durch die geometrische Form der Pellets, also deren
Kugelform wirksam unterstützt wird. Die so geformten Pellets können, soweit sie
mit aufgeschäumten Perlit hergestellt wurden, wie vorher beschrieben weiter behandelt
werden; werden die Pellets mit unaufgeschäumten Perlit hergestellt, so empfiehlt
sich eine kurzzeitige Erhitzung bis zur Erweichungstemperatur des Perlits, wodurch
sich leichtgewichtige verglaste Körper mit einer außerordentlichen Druckfestigkeit
bilden.