DE2934249A1

DE2934249A1 - Hitzebestaendiger gips

Info

Publication number: DE2934249A1
Application number: DE19792934249
Authority: DE
Inventors: Alain Mathieu
Original assignee: Lafarge SA
Current assignee: Lafarge SA
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1980-03-13
Also published as: FR2435447B1; ES484136A1; FR2435447A1; GB2029397A; CH640808A5; JPS5537495A; GB2029397B; NL7906616A; CA1120068A; DE2934249C2; US4261757A

Description

Anmelder: LAFARGE

Societe Anonyme

28, rue Emile Menier

F-75016 Paris

Hitzebeständiger Gips

Vertreter: Patentanwälte

Dipl.-Ing. S. Schulze Horn M.SC. Dr. H. Hoffmeister Goldstraße 36

4400 Münster

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HITZEBESTÄNDIG ER GIPS

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hitzebeständigen Gips, der Temperaturen von 1350 bis 140O⁰C widersteht; sie betrifft folglich ein feuerfestes Material.

Die bekannten Gispssorten stellen hervorragende Isoliermaterialien dar, jedoch können sie nicht bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. Das CaSO₁₊,! H2O Semihydrat wird nach seiner Hydratierung zwecks Gipsherstellung von 200⁰C ab rissig. Diese Schaden werden schwerwiegend, und die Risse höchst zahlreich, wenn die Temperatur 900⁰C erreicht, bzw. überschreitet, wobei das Material dann jegliche Kohäsion verliert. Bei Temperaturen von etwa 1200⁰C verflüchtigt sich das SO₃ und der Gips wird noch unbrauchbarer, indem er unter dem Einfluss der Rehydratierung und bei der Abkühlung des somit gebildeten Kalkes schwellt.

Man kennt sogenannte "feuerfeste" Gipssorten, die durch Dehydratierung des Gipses CaSO^jH₂O und infolge ihres Isoliervermögens, und AnWe-*- senheit leichterer Zuschlagstoffe (wie z.B. Vermiculite) die Ausbreitung von Flammen erschweren; jedoch werden diese bekannten Gispssorten bei Temperaturen von mehr als 1000⁰C mehr oder weniger unbrauchbar.

Vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein gipshaltiges Matetial zu schaffen, das die vorstehend beschriebenen Nachteile der bekannten Gipssorten beseitigt und auch bei Temperaturen von 1350 bis 1400⁰C zufriedenstellende Eigenschaften aufweist.

Selbst bei Temperaturen von ca. 1400°C behält das erfindungsgemässe Material seine dimensionelle Stabilität und erfährt keinerlei

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Veränderung seiner Eigenschaften. Es zeichnet sich ferner durch einen hervorragenden Widerstand gegen thermische Schocks und gegen die Auswirkungen plötzlicher Temperaturerhöhungen aus, und es ist explosionssicher.

Die Feuer= bzw. Hitzebeständigkeitseigenschaften eines erfindungsgemässen Gipses machen den letzteren für die Anwendung im Bauwesen besonders geeignet. Er kann zum Wandschutz, zum Schutz von Metallprofilen, sowie zur Herstellung von Bauplatten usw. dienen.

Das erfindungsgemässe Material besteht aus CaSCL₅-HzO, aluminium-

haltigem Zuschlagstoff und mineralischen Fasern. Es handelt sich um einen Zuschlagstoff ('"Filier") enthaltenden Gips, der hinsichtlich des Formens und des Aufspritzverfahrens in durchaus ähnlicher Weise wie die bekannten Gipssorten verwendet werden kenn. Der tonerdehaltige Zuschlagstoff bewirkt bei Temperaturen bis 14OO°C die 3ildung von beständigem OiAa^ . Wenn ein Tonerdeüberschuss vorliegt und die Temperatur 140O⁰C übersteigt, verflüchtigt sich SOa, wobei sich feuchtigkeitsbeständiges CA₂ und CA₆ bildet. Die Formel C^A₃S bezeichnet anhydrisches Calciumsulfoaluminat ( 4Ca0,3Al₂0₃S03 ); CA₂ bezeichnet Caloiurä-Dialuminat CaO,2Al₂O₃) und CAö bezeichnet Calcium-Hexaluminat(Ca0,5Al203).

Das Mengenverhältnis zwischen dem Calciumsulfat und dem Zuschlagstoff ist durch das Verhältnis Al₂O-i/CaO bestimmt, das 1,20 bis 12 betragen kann.

Im übrigen sei bemerkt, dass die Fasern dazu dienen, die Struktur zu verstärken und die Rissbildung zu verhüten, wöbe' der Faseranteil etwa 2 bis 15% betragen kann.

Der tonerdehaltige Zuschlagstoff kann aus Tonerde, aus Bauxit oder aus einem Tonerde-Bauxit-Gemisch bestehen. Vorzugsweise beträgt beim erfindungsgemässen Gips das Al203/Ca0=Verhältnis etwa 1,2 bis 12 (gewichtsmässig) ; in einer bevorzugten Au sfiüh rungs form liegt dieses Verhältnis etwa zwischen 2,5 und 5.

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Vorzugsweise verwendet man zur Herstellung des erfindungsgemässen Gipses ein feingemahlenes Calciumsulfat, dessen Im Sieb abgesonderter Anteil bei 100-Mikron-Maschen nicht mehr als 25% beträgt. Beipsielsweise verwendet man serii hydratiertes Cacliumsulfat C oder Calciumsulfat B, d. h. eine Substanz, deren mit Hil^:fe eines Lasers bestimmten granulometrischen Eigenschaften den in der nachstehenden Tafel A verzeichneten Werten entsprechen.

TAFEL A

	Granulometrische Eigenschaften	2μ	4μ	8μ	Ιδμ	32u	64μ	Durchlass durch 10Ou Maschensieb
C	6	14	24	36	53	77	97
B	9	20	32	45	59	80	98

Das verwendete Calciumsulfat kann ebenfalls das unter dem Namen "Phosphogips" bekannte, bei der Phosphorsäureherstellung anfallende Nebenprodukt sein.

Der tonerdehaltige Zuschlagstoff kann aus jeglichem tonerdehaltigen Material bestehen, das nach dem Brennen des betreffenden Stoffes einen Tonerdegehalt von mehr als 80% aufweist; man kann insbesondere A-Tonerde und oder feingemahlenen weissen Bauxit mit einer spezifischen Blaine-Oberfläche von 6000 cm²/g verwenden, von dem ein Sieb mit Maschen von 100 Mikron weniger als 10% absondert.

Die in Rezug auf das Gewicht der Mischung 2 bis 15%, vozugsweise 4 bis 6% ausmachenden Fasern, sind siliciumhaltige, silicium-und tonecde haltige oder tonerdehaltige Fasern, wie sie üblicherweise im Bauwesen und auf dem Gebiet der feuerfesten Materialien zur Verwendung gelangen. Man kann jedoch -auch silicium= -und calciutnhaltige Fasern verwenden.

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Beispielsweise werden nachstehend mehrere Fasersorten aufgeführt, die vorteilhafterweise bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eingesetzt werden können: FIBRAL (Handelsbezeichnung; Vertrieb durch die Firma["Societe d'Etude de Produits Refractaires" (SEPR)], SAFFIL (ICI), KERLANE (SEPR), SEMI-FIL (Firma FIBER-GLASS) und STRATIFIL (Firma SAINT-GOBAIN).

Der erfindungsgemässe Gips wird vorzugsweise durch Eintragen der betreffenden Bestandteile: , ', :

- entweder direkt in Flockenform während des Mischens, oder

- nach dem Dekardieren bzw. Deletieren der trockenen Mischung zubereitet.

Die Erfindung wird nachstehend des Näheren anhand mehrerer Beipsiele beschrieben, die die Erfindung illustrieren, aber nicht begrenzen.

In der nachstehenden Beschreibung, so wie in den beigefügten Patentansprüchen sind die Stoffanteile - ausser wenn ausdrücklich anders vermerkt - in Gewichtsanteilen bzw. Gewichtsprozenten angegeben.

BEISPIEL 1

Erfindungsgemässer Gips wird aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

- 40,27% Calciumsulfat B,

- 54,97 feingemahlene Tonerde B (6000 cm²/g spezifische Blaine-Oberflache),

- 4,76% lose KERLANE Mineralfasern folgender Zusammensetzung (in Gewichtsanteilen):

SiO₂	2,89	folglich ein
Al₂O₃	57,04	Verhältnis von
CaQ	16,74	Al₂0₃/Ca0 = 3,40
SO₃	22,83
TiO₂	0,20
Fr-₂O₃	0,10
Aleali sehe.
Substanzen	0,20
	100%

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TAFEL I

Mechanische Festigkeitswerte

4h^5{

F

C

24h^::

F ■

C

110⁰C

"C

6 00° C

P

c :

1000⁰C

C

1,39

1200°C : 1400°C

ei

1,28

■ F

1,

C

27 Λ:

30

29"'

35

F

28

22

25 ■:

F

20''-,

^0,90

F

20

--0,65 V:.

.18

; ν

3Q

Nachträgliche Abmessungs-
änderung,%

1,39

27 '

1 ,45 >

"':

58,50 .

t3

;;■ 66

11

Porosität

-0,65 -

f

"::-. - '

,25 Ί ]

" Nach Trocknen bei
bei 4O-5O°C
ermittelt

57 ,05

55 ,05

-.- ■■- "- ;, ".

-f ;;
,86 :' ;

O

- '■"■:

— -

Man stellt fest, dass dieser Gips nach dem Mischen in einer herkömmlichen Vorrichtung unter Zusatz von 37% Wasser (E/P = 0,37) und von 0,1% eines herkömmlichen Gipsfliessbarmachers, z. B. eines proteinischen Hydrolysats vom Typ RETARDAM (Handelsübliche Bezeichnung) die in Tafel I verzeichneten Eigenschaften besitzt.

Im allgemeinen stellt man fest, dass die mechanischen Eigenschaften sich nicht merklich in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Das auf diese Weise hergestellte Material ist ein isolierendes Material (Porosität > 50%). Seine Wärmeleitfähigkeit liegt ferner zwischen 0,25 und 0,30 kcal.m-¹.h-¹. °c-¹, was bedeutet, dass das betreffende Material mit den bekannten Isolierbetonsorten vergleichbar ist und bessere Eigenschaften besitzt als die sog. feuerfesten Gipssorten.

Setzungsversuche mit einer Belastung von 0,5 Bar zeigen eine Setzung von 4 bis 5% bei einer Temperatur von ca. l400°C, während die gleiche Belastungsprobe für die obengenannte Gipssorte B allein zu einer Setzung bei 95O°C führt.

Nach Feuerfestigkeitsproben zeigen Platten von 54 χ 27 χ 4cm keinerlei Schaden. Bei diesen Proben werden die Platten vor die Öffnung eines Gasofens gebracht.

Fig. I und 2 sind graphische Darstellungen, die auf de-r Abszisse die Zeit (in Stunden) und auf der Ordinate die Temperatur wiedergeben. Kurve I zeigt den Temperaturverlauf auf der der Flamme ausgesetzten Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit, während die Kurve 2 den Temperaturablauf auf der entgegengesetzten Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.

Fig. I betrifft 4cm starke Glasplatten gemäss Beispiel I und Fig. 2 betrifft 4cm starke Gipsplatten gemäss Beispiel 12.

/0716

- 40-

Beiliegende Figur 1 zeigt den Temperaturverlauf auf der der Flame ausgesetzten Oberfläche und auf der entgegengesetzten Oberflache.

Aus dieser Figur geht folgendes hervor:

- die Temperatur von 140⁰C wird bei 4cm starken Platten auf der der Flamme abgewendeten Oberfläche nach 90 Hinuten erreicht.

- selbst wenn die Temperatur auf der heissen Plattenoberfläche den Wert von 140O⁰C erreicht, tritt keinerlei Beschädigung der Platte auf;

- wenn die Temperatur 30 Minuten lang auf einem Wert von 14O0*C gehalten wird, erreicht die der Flamme angewendete Oberfläche eine Temperatur von 35O⁰C.

Feuerfestigkeitsproben mit Gips ohne Faserzusatz führen zu Rissbildung infolge ungleichmässiger Ausdehnung. Diese Versuche rechtfertigen

somit die Verwendung der Fibern.

BEISPIELE 2 BIS 6

Man stellt gemäss des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens Mischungen mit der in Tafel II verzeichneten Zusammensetzung her.

TAFEL II

	BEISPIEL	2	3	4	5	6
Zusammensetzung der Mischung	41,46 56,54 0 2	35,96 49,04 0 15	41,46 0 56,54 2	40,22 0 54,87 4,91	35,96 0 49,04 15
Calciumsulfat Tone rde¹ (6000 cm²/g Blaine) Weisser Bauxit (6000 cm²/g Blaine) Fasern

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— ΑΛ-

Die in Beispiel 2 bis 6 verwendeten Fasern sind silicium= und tonerdehaltige Fasern, die unter der Handelsbezeichnung KERLANE vertrieben werden. ■ - . ..

Die Mischungen gemäss Beispiel 2 bis 6 besitzen die in Tafel III aufgezeigte chemische Zusammensetzung.

TAFEL III

	. SiO₂	Al₂O₃	CaO	SO₃	TiO₂	Fe₂O₃	-	-
Beispiel 2	1,51	57,68	17,25	23 ,56	- - -	0,75
Beispiel 3	8,03	56,45	14,96	20,56	.r.	0,67
Beispiel 4	4,99	51,22	17,25	23,56	2,23	0,65
Beispiel 5	6,41	51,20	16,73	22,83	2,16
Beispiel 6	11 ,05	50,85	14,96	20,56	: 1 ,93

Die den in Beispiel I beschriebenen Proben unterworfenen Gipssorten zeigen Eigenschaften, die denjenigen des gemäss Beispiels I hergestellten Gipses entsprechen.

Die gemäss Beispiel 2 bis 6 hergestellten und untersuchten Mischungen besitzen ein Al₂O₃ZCaO Verhältnis von ca. 3 bis 4.

BEISPIEL 7 bis 9

Man verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, wobei man. Mischungen der in Tafel IV aufgeführten Zusammensetzung mit einem A/C Verhältnis von etwa 2 bis 12 verwendet.

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TAFEL IV

No	Zusammensetzung	SiO	Al₂O-,	CaO	SO₃	A/C
7 8 9	PAF	3,14 2,70 3,21	44,07 79,93 35,67	22,44 7,12 25,72	30,35 10,25 35,40	1,96 11,23 1,38
P: A: F:	53,92 41,18 4,90 17,12 77,98 4,90 62,24 32,86 4,90	Vorgenannter Gips B Auf 6000 cm²/g feingemahlene α-Tonerde Kerlane =Fasern (silicium- und tonerdehaltig)

Die gemäss Beispiel 7 bis 9 erzielten Materialien verhalten sich in ähnlicher Weise, wie die Materialien, deren Zusammensetzung der in Beispiel 1 bis 6 beschriebenen entspricht.

BEISPIEL 10

Das angewandte Verfahren entspricht dem in Beispiel 1 beschriebenen, jedoch werden die Kerlane =Fibern durch silicium- und calciumhaltlge Fasern ersetzt, wie sie üblicherweise im Bauwesen verwendet werden.

Auf diese Weise wird ein Material erzeugt, das bei einer Temperatur von 1100⁰C eine bedeutend bessere Feuerfestigkeit als die bekannten Gipssorten besitzt. Jedoch gestattet es dieses Material , im Gegensatz zu dem gemäss den vorstehenden Beispielen unter Verwendung der dort beschriebenen Fasern hergestellten Matetialien nicht, eine Temperatur von 1400⁰C zu erreichen.

BEISPIEL 11

Gemäss dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird ein erfindungsgemässer Gips folgender Zusammensetzung hergestellt:

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- 40,27% des vorgenannten Calciumsulfate B,

- 54,97% feingemahlte Tonerde (Spezifische Blaine-Oberfläche: 6000 cm²/g,

- 4,76% tonerdehaltige mineralische Fasern, Handelsbezeichnung FIBRAL,

mit nachstehender Zusammensetzung:

SiO₂- 1,20 Al₂O₃: 59,19 CaO: 16,76 SO₃: 22,65 alkalische Substanzen: 0,2.

Infolge der Anwesenheit der mineralischen Fasern erzielt man hinsichtlich des auf diese Weise erzeugten Gipses Ergebnisse, die denjenigen entsprechen, die gemäss Beispiel 1 erzielt werden; jedoch sind diese Fasern wesentlich teurer'als die gemäss Beipsiel 1 verwendeten silicium- und

®
tonerdehaltigen KERLANE= Fasern, was einen erheblichen Einfluss auf den

Gestellungspreis des fertigen Materials hat.

BEISPIEL 12

Unter Verwendung des gemäss Beispiel 1 hergestellten Gipses folgender Zusammensetzung wird ein Schaumgips erzeugt:

- 40,27% semihydratiertes Calciumsulfat des oben genannten Typs "C";

- 54,97% feingemahlene Tonerde der Sorte A mit einer spezifischen Blaine-Oberfläche von 6000 cm /g,

- 4,76% KERLANE®=Fasern, nach Zusatz von Schaum, der:

- 800 cm Wasser und

- 20 cm³ MILLI FOAM®

enthält und in einer Höhe von 20cm gebildet wird. Das Verhältnis Wasser/Gips (W/G) beträgt 0,55.

Dieser Schaumgips erträgt Temperaturen bis zu 14OO°C und besitzt Eigenschaften, die denjenigen der handelsüblichen· feuerfesten Gipssorten entsprechen. Seine Wärmeleitzahl Kcal.m—¹ .h—¹.°C—¹ liegt zwischen 0,15 und 0,2.

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TAFEL V

BEISPIEL 11	0	24h	0	600⁰C	1000⁰C	,928	1400°C
Dichte	64	,989	71	,880	0	,20	0,657
Porosität		,40		,10	71		79,70
Nachträgliche
Abmessungsän			-0			,34
derung, %		,81	-1	-0,4

Der auf diese Weise erzeugte Schaumgips besitzt hervorragende Isoliereigenschaften, wie durch Feuerfestigkeitsproben belegt werden kann (Figur 2).

Die Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungs formen begrenzt und kann innerhalb des Rahmens des beigefügten Schutzbegehrens zahlreiche, dem Durchschnittsfachmann zugängliche Abwandlungen erfahren.

Beipsielsweise kann der erfindungsgemässe Gips zu jeglichem Verwendungszweck eingesetzt werden, bei dem bisher herkömmlicher Gips verwandt wurde; der erfindungsgemässe Gips verleiht in der Tat dem auf die beschriebene Weise hergestellten Material die gleichen Feurfestigkeitseigenschaften wie diejenigen der ternären Ausgangsmischung.

Lctzlich werden nachstehend die Ergebnisse einer" von der Anmelderin durchgeführten Analyse der benutzten Fibern angeführt:

TAFEL VI

	SiO₂	Al₂O₃	CaO	Fe₂O₃	Alkali	MgO	ZrO₂
KERLANE	50,60	48,50	0,20	0,30
FIBRAL	14,80	85,10	-	0,10"
SEMFIL	60,80	4,60	3,60	-	14,20		16,8
Si-Tonerde FIBERN	42,70	11 ,40	38,80	1,50	0,60	5.0

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

\1.' - Hitzebeständiger Gips, dadurch gekennzeichnet, dass er semihydratiertes Calciumsulfat, mineralische Fasern und einen tonerderhaltigen Zuschlagstoff enthält.
2. - Gips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff wenigstens 85% A1„CL im gebrannten Material enthält und seine granulometrischen Eigenschaften derart gewählt sind, dass beim Sieben durch ein Sieb mit Maschen von 100 Mikron nicht mehr als 10% ausgeschieden werden.
3. - Gips nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er semihydratiertes Calciumsulfat, mineralische Fasern und einen tonerderhaltigen Zuschlagstoff enthält, wobei die granulometrischen Eigenschaften des Zuschlagstoffes derart gewählt sind, dass beim Sieben durch ein Sieb mit Maschen von 100 Mikron nicht mehr als 10% ausgeschieden werden.
4. - Gips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Al„O-./CaO zwischen 1,2 und 12, vorzugsweise zwischen 2,5 und 5 liegt.
5. - Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er Calciumsulfat, mineralische Fasern und einen tonerdehaltigen Zuschlagstoff enthält, wobei das Verhältnis Al~O.,/CaO zwischen 1,8 und 12, vorzugsweise zwischen 2,5 und 5 liegt.
6. - Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er 2 bis 25%, vorzugsweise 4 bis 6% Fasern enthält.
7. - Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er semihydratiertes Calciumsulfat, mineralische Fasern, und einen tonerderhaltigen Zuschlagstoff enthält, wobei der Mengenanteil an Fasern zwischen 2 und \5Ί,, vorzugsweise zwischen 4 und 6% liegt.

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8. - Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern siliciumhaltige Fasern sind, und dass der Gips bei Temperaturen bis 140O⁰C hitzebeständig ist.
9. - Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern silicium= und tonerdehaltige Fasern sind, und dass der Gips bei Temperaturen bis 1400⁰C hitzebeständig ist.
10.- Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern tonerdehaltige Fasern sind und der Gips bei Temperaturen bis 1400°C hitzebeständig ist.
11. - Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern silicium= und calciumhaltige Fasern sind und der Gips bei Temperaturen bis 1100⁰C hitzebeständig ist.
12. - Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die granulometrischen Eigenschaften des Calciumsulfate derart gewählt sind, dass beim Sieben durch ein Sieb mit 100-Mikron-Mascheti nicht mehr als 25% ausgeschieden werden.
13. - Gips nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er gemäss der herkömmlicherweise in der Industrie der feuerfesten Materialien und im Bauwesen angewandten Verarbeitungsverfahren verwendbar ist.

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