DE3707670C2

DE3707670C2 -

Info

Publication number: DE3707670C2
Application number: DE19873707670
Authority: DE
Inventors: Makoto Nagano; Akira Takaishi Jp Nakanishi; Tomoyoshi Osaka Jp Hiraki; Akira Takaishi Jp Ueno; Shoji Matsusaka Jp Takahashi; Shuhei Tsu Jp Kobayashi; Akihiro Matsusaka Jp Yamamoto; Fumio Ichikawa Jp Kodama
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1987-03-10
Publication date: 1991-12-19
Also published as: FR2596386B1; US4798758A; GB2188926B; GB2188926A; FR2596386A1; DE3707670A1; GB8705184D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaumglas nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schaumglases nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.

Bei Schaumgläsern ist es bekannt, eine Krustenschicht an einer größeren Oberfläche einer Schaumschicht, also einer geschäumten Glasschicht, vorzusehen, um die Schaumschicht zu schützen und die Zug- und Biegefestigkeit des Schaumglases zu verbessern.

Bei einem bekannten Schaumglas (US-PS 43 14 835) ist auf einer Schaumglasschicht eine gehärtete Haut als "Krustenschicht" vorgesehen, deren Dicke zwischen 4 mm und 7 mm liegt. Dabei kann die Dichte und die Blasengröße der Schaumglasschicht je nach den speziellen Erfordernissen variiert werden.

Ein bekanntes, dreischichtiges Schaumglas (DE 30 22 787 A1) besitzt eine untere Schicht aus isolierendem Schaumglas mit einer Dichte von 0,16 g/cm³, eine mittlere Schicht aus hartem Schaumglas mit einer Dichte von 0,9 g/cm³ und eine obere Schicht aus massivem, ungeschäumtem Glas.

Bei einem bekannten, zweischichtigem, laminierten Schaumglas ist eine Schaumschicht und eine Krustenschicht vorgesehen. Die Porosität der Schaumschicht beträgt dabei 1 bis 30 Vol.-%, was einer Dichte von 0,13 bis 0,75 g/cm³ entspricht, wenn man davon ausgeht, daß die spezifische Dichte von Glas 2,5 g/cm³ beträgt. Die Krustenschicht wird durch Erhitzen eines Materialgemisches gebildet, das einen größeren Anteil eines feinen Glaspulvers und einen kleineren Anteil eines grob gekörnten Glas-Grundmaterials enthält. Die Krustenschicht besitzt dabei eine scheinbare spezifische Dichte von 1,75 g/cm³ bis 2,5 g/cm³ bei einer Dichte von Glas von etwa 2,5 g/cm³.

Weiter ist ein Schaumglas (JP 5 01 23 108 A1) mit einer glasartigen Krustenschicht mit sehr dichter Struktur bekannt, die dadurch gebildet wird, daß ein Gemisch aus Glaspartikeln und einem feinen Glaspulver erhitzt wird.

Durch eine Krustenschicht mit dichter Struktur wird die Festigkeit eines Schaumglases erhöht, wodurch jedoch andere Probleme entstehen.

Derartige Krustenschichten bei Schaumgläsern lassen sich nicht maschinell bearbeiten, so daß das Schneiden des Schaumglases praktisch unmöglich wird, wenn nicht längs geplanter Schneidlinien die Krustenschicht bei der Herstellung des Schaumglases weggelassen wird. Auch wenn das Schneiden von derartigen mit Krusten versehenen Schaumgläsern kaum möglich ist, so kommt es doch häufig vor, daß sich entlang von Schneidlinien Risse ausbilden, die sich in der Kruste fortpflanzen.

Bei Stößen auf die Krustenschicht setzen sich die dabei entstehenden Risse oder Sprünge in vielen Richtungen fort, wobei in manchen Fällen das gesamte Schaumglas zusammenfallen kann.

Erhält andererseits die Krustenschicht unbeabsichtigterweise eine geringe scheinbare Dichte oder Rohdichte, so ergibt sich eine zu geringe Oberflächenhärte, so daß die Krustenschicht relativ leicht, z. B. mit einer Messerschneide, beschädigt werden kann.

Ferner können bei der Herstellung derartiger Schaumgläser unzureichende Schmelzverbindungen der Krustenschicht mit der Schaumschicht oder unerwünschte Leerstellen in der Krustenschicht auftreten, wodurch die Festigkeit des Schaumglases insgesamt herabgesetzt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaumglas der eingangs genannten Art zu schaffen, das gute Stoßfestigkeit, Biegefestigkeit und Oberflächenhärte besitzt und mit einem maschinellen Werkzeug geschnitten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anpassung der Dichten und der Dicken von Schaumschicht und Krustenschicht aneinander, wird ein Schaumglas geschaffen, das so gute Werte hinsichtlich Biege- und Druckfestigkeit aufweist, daß es Blähbeton der gleichen Dichte überlegen ist. Daneben besitzt es eine ausgezeichnete Stoßfestigkeit und Wärmeisolierfähigkeit.

Dementsprechend ist das erfindungsgemäße Schaumglas als Innen- und Außendekorationsmaterial für Gebäude sowie als Außenwandmaterial gut geeignet. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, daß sich das Schaumglas maschinell schneiden läßt.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 9 beschrieben.

Erfindungsgemäß läßt sich dabei das mit einem verstärkenden Metallmaterial versehene Schaumglas vorteilhaft mit dem Verfahren nach Anspruch 16 herstellen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1-3 graphische Darstellungen, die die Ergebnisse von Versuchen zusammenfassen, die die Abhängigkeit der Stoßfestigkeit und der Biegefestigkeit eines erfindungsgemäßen Schaumglases von der Rohdichte des Schaumglases, der Dicke der Krustenschicht und der Rohdichte der Krustenschicht zeigen, und

Fig. 4-6 graphische Darstellungen, die die Versuchsergebnisse über die Abhängigkeit des Eindringwiderstandes eines erfindungsgemäßen Schaumglases von dem Gehalt und der Korngröße von in der Krustenschicht verteilten Glaskörnern zeigen.

Bei einem erfindungsgemäßen Schaumglas ist das Material der Schaumschicht im wesentlichen ein feines Pulver aus einem normalen Glas wie beispielsweise einem Kalknatronglas, Borsilikatglas oder Aluminosilikatglas. Das Glas kann entweder gefärbt oder farblos sein. Die wahre spezifische Dichte des Glaspulvers liegt bei etwa 2,5 g/cm³, und normalerweise ist die Teilchengröße des Glaspulvers nicht größer als 150 µm. Die Dichtewerte sind durchgehend in g/cm³ angegeben. Wahlweise kann anorganisches Pigment dem Glaspulver hinzugefügt werden. Das Glaspulver wird mit einem üblichen Schaummittel in Pulverform, wie Kalkstein oder Kalziumkarbonat, Dolomit oder Kohlenstoff gemischt. Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird das Pulvergemisch mit einem entsprechenden Binder wie Wasserglas angeschlämmt und durch ein entsprechendes Verfahren so granuliert, daß die einzelnen Teilchen Durchmesser von ungefähr 0,1 bis einigen mm aufweisen.

Das Pulvergemisch aus Glas und Schaummittel ist sehr voluminös und enthält einen großen Anteil von Luft. Wenn dieses Pulvergemisch ohne Granulieren erhitzt wird, bleibt beim Schäumvorgang ein Anteil der eingefangenen Luft in dem geschmolzenen Glas und dehnt sich aus. Das ergibt eine Ursache von Mängeln wie der Entwicklung von unerwünscht groben Bläschen und Fehlstellen, Wellung der Trennfläche zwischen der Schaumschicht und der Krustenschicht und örtliches Vorstehen der Schaumschicht in die Krustenschicht, bis in manchen Fällen die Außenfläche des Schaumglases erreicht wird. Derartige Nachteile werden durch das Granulieren des Pulvergemisches vermieden, da das Einsperren von Luft verringert wird. Weiter ergibt sich bei der unter Verwendung von granuliertem Material gebildeten Schaumschicht eine bemerkenswert geringe Wasserabsorption und Wasser-Durchdringung, da in diesem Fall die meisten Schäume geschlossenzellig werden, während bei Verwendung von nichtgranuliertem Pulvergemisch mehr offene oder miteinander verbundene Zellen entstehen. Außerdem zeigt das granulierte Material eine gute Fließfähigkeit und eignet sich dementsprechend sehr zum Eingießen in einen Formkasten oder dergleichen bei der nachfolgenden Bearbeitungsstufe des Fertigungsvorganges und ergibt ohne weiteres eine ebene Schicht.

Das Material der Krustenschicht ist im wesentlichen ein feines Pulver eines normalen Glases, ähnlich wie das als Grundmaterial der Schaumschicht benutzte Glaspulver. Wahlweise kann anorganisches Pigment und/oder Schaummittel dem Glaspulver hinzugefügt werden. Das Pulvermaterial wird unter Benutzung eines entsprechenden Binders in Körner granuliert, die Durchmesser von etwa 0,1 mm bis einige mm besitzen. Die Granulierung des Materials verringert auch hier die Menge der eingeschlossenen Luft und ermöglicht das Ausbilden einer gleichförmigen Krustenschicht ohne örtliche Fehler oder Schwachstellen.

Hauptsächlich, um die Härte und die Rißfestigkeit der Krustenschicht zu verbessern, werden bevorzugt Glaskörner in der Glasmatrix der Krustenschicht dadurch verteilt, daß das granulierte Material der Krustenschicht mit Glaskörnern mit Durchmessern von 0,5 bis 5,2 mm so gemischt wird, daß die Glaskörner 15 bis 30 Vol.-% der Krustenschicht einnehmen. Diese Angelegenheit wird später noch näher beschrieben. Die Glaskörner brauchen keinen gleichmäßigen Durchmesser zu besitzen und können gleichmäßig oder irregulär im Hinblick auf ein elegantes Aussehen des Schaumglases gefärbt sein.

Das Erhitzen der granulierten Materialien kann durch irgendein bei der Herstellung von Schaumglas mit einer Krustenschicht bekanntes Verfahren geschehen. Beispielsweise wird zunächst das granulierte Material der Schaumschicht in einen Formkasten aus Stahl eingegossen, um so ein Bett mit vorbestimmter Dicke zu bilden, und dann wird das granulierte Material der Krustenschicht auf dieses Bett so aufgeschichtet, daß eine obere Schicht mit vorbestimmter Stärke entsteht. Dann werden die Materialien in dem Formkasten in einem Ofen auf eine Temperatur, die normalerweise im Bereich von 700 bis 1000°C liegt, aufgeheizt, um ein Aufschmelzen der Glaspulver und ein Aufschäumen des Glases in der unteren Schicht zu veranlassen. Um die Dicke und die Rohdichte des Schaumglases zu steuern und auch ein enges Anhängen der Krustenschicht an der Schaumschicht sicherzustellen, kann eine Druckkraft entsprechender Größe auf die geschichteten Materialien aufgebracht werden, entweder während des Aufheizvorganges oder unmittelbar nach dem vollständigen Heizen. Alternativ werden die Schaumschicht und die Krustenschicht getrennt jeweils durch einen Heizvorgang analog zu dem eben beschriebenen gebildet, und daraufhin werden die beiden Schichten aufeinandergesetzt und noch einmal aufgeheizt, um eine Schmelzbindung der beiden Schichten miteinander zu schaffen und dadurch eine einheitlich mit Kruste versehene Schaumglasplatte zu erhalten.

Das Schaumglas kann kontinuierlich und wahrscheinlich ökonomischer dadurch erzeugt werden, daß beispielsweise zwei Fördergürtel aus hitzebeständigem Material mit vertikalem Abstand voneinander benutzt werden, um kontinuierlich das granulierte Material der Schaumschicht in einen unteren Abschnitt eines Ofens einzubringen, in welchem das Aufheizen und Schaumbilden durchgeführt werden, und das granulierte Material der Krustenschicht in einen oberen Abschnitt des gleichen Ofens.

Bevorzugterweise fällt die Rohdichte der Schaumschicht in den Bereich von 0,3 bis 0,6. Wenn die Rohdichte der Schaumschicht unter 0,3 liegt, wird das Schaumglas unzureichende Festigkeit zur Verwendung als Innen- oder Außenwandmaterial in Gebäuden besitzen. Wenn jedoch die Rohdichte dieser Schicht über 0,6 ansteigt, ergibt sich eine schlechtere Wärmeisolierung, ein höheres Gewicht und eine schlechtere Bearbeitung des Schaumglases.

Die Rohdichte der Krustenschicht ist auf einen Bereich von 0,8 bis 1,7 begrenzt. Falls die Rohdichte der Krustenschicht unter 0,8 liegt, weist die Krustenschicht unzureichende Dichte ihrer Struktur auf, so daß das gesamte Schaumglas unzureichende Festigkeit, insbesondere Biegefestigkeit, und Widerstand gegen Stoß oder Aufschlag aufweist. Wenn andererseits die Rohdichte der Krustenschicht über 1,7 liegt, wird diese Schicht zu spröde, obwohl die Steifigkeit des Schaumglases verbessert wird, so daß ein örtlicher Stoß auf diese Schicht sehr leicht eine Fortpflanzung von Rissen und Sprüngen von der Aufschlagstelle ergibt und in Extremfällen die gesamte Schaumglastafel zusammenfallen kann. Wenn die Rohdichte der Krustenschicht über 1,7 liegt, ist das Schaumglas auch schlechter zu bearbeiten, so daß das Zerschneiden einer Schaumglasplatte in verschiedene Stücke mit hoher Wahrscheinlichkeit Sprünge ergibt, die sich von den Schneidlinien oder in der Nähe liegenden Stellen in unvorhersehbare Richtungen fortpflanzen. Zur Verwendung des Schaumglases als Außen- Dekorationsmittel bei Gebäuden oder als Außenwandmaterial ist es notwendig, daß die Stoßfestigkeit (P) des Schaumglases mindestens 9,8 N·m und vorzugsweise 12,75 N·m oder mehr beträgt. Wenn die Rohdichte der Krustenschicht sich in dem oben angegebenen Bereich befindet, besitzt das Schaumglas eine Stoßfestigkeit von mehr als 12,75 N·m.

Beim Festlegen der Rohdichten der Schaumschicht und der Krustenschicht sollte Sorge getragen werden, keinen sehr hohen Unterschied zwischen den Rohdichten der jeweiligen Schichten zu erzeugen. Falls der Unterschied der Rohdichten zu groß ist, ist es schwierig, ein gleichmäßiges Anlassen des Schaumglases zu erreichen, so daß Spannungen an der Trennschicht zwischen den beiden Schichten entstehen und eine Ursache für Sprünge an der Trennschicht werden, wenn Außenkräfte, wie eine Biegekraft oder eine Stoßkraft auf das Schaumglas einwirken. Es ist erwünscht, den Unterschied der Rohdichten nicht größer als 1,2 werden zu lassen. Die Rohdichten der jeweiligen Schichten können durch Auswahl der Materialzustände wie der Erweichungstemperatur des Glases, das das Grundmaterial bildet, gesteuert werden, durch die Art und Menge des Schaummittels und die Art und Menge von wahlweise hinzugefügtem anorganischen Pigment und durch die Heizbedingungen.

Vorteilhafterweise sollte die Gesamtstärke des Schaumglases im Bereich von etwa 30 mm bis etwa 125 mm liegen. Wenn die Gesamtstärke weniger als 30 mm beträgt, hat das Schaumglas unzureichende Wärmeisolierfähigkeit, es ist jedoch unnötig, die Stärke über 125 mm zu erhöhen, soweit die Wärmeisolierung bei normalen Bauwerken betroffen ist. Wenn die Stärke weiter erhöht wird, wird das Schaumglas doch recht schwer im Gegensatz zu dem gegenwärtigen Trend zu leichten hohen Gebäuden, und das Gewicht macht die Bauarbeiten und den Umgang insgesamt schwierig. Die Stärke der Krustenschicht ist auf einen Bereich von 1,5 bis 20 mm beschränkt, so daß das Schaumglas die erwähnte gute Wärmeisolierfähigkeit besitzt und nicht zu schwer ist.

Bevorzugt wird die Stärke der Krustenschicht auf nicht mehr als 1/4 der Gesamtstärke des Schaumglases festgelegt. Eine optimale Stärke der Krustenschicht hängt auch von der Rohdichte der Schicht ab. Bei einer Krustenschicht mit einer Rohdichte von 1,2 wird die Stoßfestigkeit des Schaumglases zufriedenstellend, wenn die Krustenschicht eine Dicke von etwa 4 mm erhält. Wenn die Rohdichte der Krustenschicht unter 1,2 liegt, ist es günstig für die Stoßfestigkeit, wenn die Stärke der gleichen Schicht erhöht wird, und bei Rohdichten von mehr als 1,2, wenn die Stärke erniedrigt wird. Im allgemeinen kann die Stoßfestigkeit (P) des Schaumglases durch entsprechendes Bestimmen der Dicke der Krustenschicht innerhalb des Bereiches von 1,5 bis 20 mm auf 12,75 N·m oder mehr gebracht werden. In anderer Hinsicht ist es günstig, wenn die Stärke der Krustenschicht nicht mehr als 20 mm beträgt, da dann das Schaumglas eine gute maschinelle Bearbeitungsfähigkeit zeigt, so daß das Zerschneiden einer Schaumglasplatte ohne Ausbrechen oder Risse erfolgen kann. Bevorzugt liegt die Stärke der Krustenschicht im Bereich von 2 bis 9 mm.

Ein Schaumglas, das unter Betrachtung der beschriebenen Punkte erzeugt ist, ist Blähbeton oder ALC-Beton der gleichen Rohdichte nicht nur im Widerstand gegen Wasseraufnahme und Wasserdurchdringung, sondern auch in bezug auf Biegefestigkeit und Druckfestigkeit überlegen und besitzt bessere Stoßfestigkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit. Deswegen ist dieses Schaumglas voll einsatzfähig als Innen- oder Außendekorationsmaterial bei Gebäuden, und sogar als Außenwandmaterial.

Die Erfindung kann auch ein verstärktes Schaumglas ergeben, bei dem eine oder beide Schichten, d. h. Schaumschicht und/oder Krustenschicht mit einem metallischen Material verstärkt ist, das aus Einzeldrähten, Drahtnetzen oder Drahtgewirken bestehen kann. Das metallische Material kann nach bekanntem Verfahren in das Schaumglas eingebettet werden. Beispielsweise wird das metallische Material in den Formkasten zum Aufheizen und Aufschäumen der granulierten Glasmaterialien vor dem Eingießen der Glasmaterialien eingesetzt. Bei einem kontinuierlichen Herstellvorgang unter Benutzung von zwei vertikal beabstandeten Fördergürteln zur Einführung des Materials der Schaumschicht und des Materials der Krustenschicht in einen Ofen wird auch das metallische Material kontinuierlich dadurch in den Ofen eingeführt, daß es durch den Zwischenraum zwischen den beiden Fördergürteln hindurchgeleitet wird. Ein verstärktes erfindungsgemäßes Schaumglas kann als ein Außenwandmaterial oder auch als Fußbodenmaterial bei Gebäuden verwendet werden. Die Einzelheiten der Verstärkung werden später angeführt.

Normalerweise genügt es, nur eine Seite der Schaumschicht mit einer Krustenschicht erfindungsgemäßer Art zu bedecken, jedoch kann wahlweise auch die andere Seite der Schaumschicht mit einer gleichartigen Krustenschicht bedeckt werden. Das wird durch entsprechendes Abwandeln des stückweisen oder kontinuierlichen Herstellverfahrens, wie es vorher beschrieben wurde, erreicht, um so das Material der Krustenschicht auch in den Bodenteil und den Deckteil der Heizungsausrüstung einzuführen, während das Schaumschichtmaterial den mittleren Abschnitt einnimmt. Das sich ergebende Schaumglas ist dann einheitlich dreischichtig aufgebaut und ist besonders als Außenwandmaterial geeignet.

Als eine weitere Abwandlung kann die Schaumschicht vollständig durch die Krustenschicht bedeckt oder in ihr eingeschlossen sein. Z. B. wird zunächst eine dreischichtige Schaumglasplatte mit Krustenschichten an den einander gegenüberliegenden großen Flächen der Schaumschicht nach dem beschriebenen Verfahren erzeugt. Dann werden die einander gegenüberliegenden Seitenflächen dieser Schaumglasplatte mit Krustenschichten bedeckt und zwar wird zunächst ein Bett oder eine dünne Schicht aus granuliertem Material der Krustenschicht in einem Formkasten vorbereitet, die Schaumglastafel mit einer Seitenfläche aufrecht in die Schicht eingesetzt, das granulierte Material der Krustenschicht auf die Schaumglasplatte aufgeschichtet und die Materialien in dem Formkasten aufgeheizt, bis die Krustenschichten sich mit den vorher vorhandenen oberen und unteren Flächen der Schaumglastafel verbinden. Dann werden die anderen beiden einander entgegengesetzt liegenden Seitenflächen der Schaumglastafel mit Krustenschichten in gleicher Weise bedeckt. Bei der kontinuierlichen Herstellung mit zwei vertikal beabstandeten Fördergürteln zum Zuführen der granulierten Materialien zu dem Ofen wird ein dreischichtiges Schaumglasteil mit einer unbedeckten Seitenfläche nach oben in den Raum zwischen den beiden Fördergürteln gebracht und beide Fördergürtel werden dazu benutzt, das granulierte Material der Krustenschicht zum Ofen zu bringen. Nach dem Bedecken der beiden entgegengesetzt liegenden Seitenflächen des Schaumglasteiles mit Krustenschichten wird der gleiche Vorgang wiederholt, um die restlichen beiden Seitenflächen des Schaumglasteiles mit Krustenschichten zu bedecken. Ein so insgesamt mit Krusten versehenes Schaumglas ist sehr fest und starr.

Bei irgendeiner Art von erfindungsgemäßen Schaumglas kann mindestens eine größere Außenfläche gewellt oder gestaltet sein, so daß sich eine Anzahl von vertieften Flächen und verbleibenden erhöhten Flächen ergibt. Die erwähnte Außenfläche kann entweder die der Schaumschicht oder die der Krustenschicht sein. Wenn das Schaumglas als Außenmaterial an eine Wandfläche angeklebt oder gekittet wird, kann die Wellung oder Vertiefung dazu dienen, die Klebefläche zu vergrößern. Werden die Vertiefungen und Erhöhungen in einer ansprechenden geometrischen Verteilung angeordnet, so kann die Gestaltung einen ästhetisch günstigen Effekt erzielen, so daß diese Fläche dann als Außenfläche benutzt werden kann. Diese Wellung oder diese Gestaltung kann durch Benutzung eines Formkastens mit entsprechend gestaltetem Boden leicht erzielt werden oder durch Benutzung einer Druckplatte, die mit den Wellungen oder einer Anzahl von vorstehenden Abschnitten ausgestattet ist, oder durch Benutzung eines entsprechend gestalteten Fördergürtels bei einer kontinuierlichen Fertigung.

Ausführungsbeispiel 1

Als Grundmaterial für die Schaumschicht wurden Scherben aus normalem Kalknatronglas zu feinem Pulver mit nicht mehr als 150 µm Partikelgröße verarbeitet, und das Glaspulver wurde mit 0,7 Gew.-% Kalziumkarbonatpulver als Schaummittel gemischt. Eine kleine Menge von Wasserglas wurde zu dem Pulvergemisch hinzugegeben und das entstehende Gemisch geknetet und durch einen Taumelgranulierer in Körner von 0,5 bis 2 mm Durchmesser granuliert.

Das Grundmaterial der Krustenschicht war ebenfalls das bereits erwähnte Kalknatronglaspulver. Das Glaspulver wurde mit 1 Gew.-% Eisen-III-Oxidpulver als Färbemittel und einem kleinen Anteil von Kalziumkarbonatpulver gemischt, wobei das Kalziumkarbonat zum Steuern des spezifischen Rohgewichtes der Krustenschicht diente und in veränderlichen Anteilen zugegeben wurde. Eine geringe Menge von Wasserglas wurde zu dem Vorgemisch hinzugefügt, und die so entstandene Mixtur geknetet und durch einen Taumelgranulierer in Körner von 0,5 bis 2 mm Durchmesser granuliert.

Das granulierte Material der Schaumschicht wurde in einen Stahl-Formkasten bis zu einer vorbestimmten Dicke aufgeschüttet, und dann wurde das granulierte Material der Krustenschicht in den Formkasten eingegossen, so daß sich eine Schicht von vorbestimmter Stärke auf dem zuerst aufgegossenen granulierten Material gebildet hat. In diesem Zustand wurden die Materialien in dem Formkasten in einem Ofen bei 750-1000°C während 20-60 min geheizt und dann angelassen. Entsprechend der Notwendigkeit, die Stärken und/oder die Rohdichten zu steuern, wurde während des Heizens oder unmittelbar nach Beendigung des Heizvorganges Druck auf die Materialien ausgeübt. Das durch dieses Verfahren erzielte Schaumglas besaß nur auf einer Seite der Schaumschicht eine Krustenschicht.

Wie in Tabellen 1 und 2 gezeigt, wurden eine Anzahl von Proben hergestellt, die unterschiedliche Rohdichten und Stärken der jeweiligen Schichten besaßen. Die Rohdichte der Schaumschicht war entweder 0,4 oder 0,5, und die Gesamtstärke des Schaumglases entweder 50 mm oder 100 mm. Die Rohdichte der Krustenschicht wurde in dem Bereich von 0,6 bis 2,0 geändert, was bedeutet, daß einige Proben in dieser Beziehung nicht erfindungsgemäß waren. Die Stärke der Krustenschicht wurde im Bereich von 1 bis 30 mm geändert, so daß auch in dieser Hinsicht einige Proben nicht mit der Erfindung übereinstimmten. Die Stärke der Schaumschicht wurde ebenfalls geändert, so daß die Gesamtstärke des Schaumglases auf 50 mm oder 100 mm gebracht wurde.

Die nachfolgenden Untersuchungen wurden an solchen Schaumglas- Probestücken ausgeführt:

Biegefestigkeitsuntersuchung

Die 50 mm starken Proben aus Schaumglas wurden in Probestücke 15 cm breit, 20 cm lang und 50 mm stark zerschnitten. Jedes Probestück wurde im Abstand von 15 cm an zwei Stellen abgestützt. Die Krustenschicht war an der Stützseite. Eine variable Biegelast wurde an einer Stelle mit einer Rate von 1 mm/min aufgebracht, um die Biege-Bruchfestigkeit zu bestimmen. Die Resultate sind in den Fig. 1-3 durch die mit F bezeichneten Kurven dargestellt. In Fig. 1 sind die in Klammern gesetzten Zahlen die Rohdichte der Schaumschicht, und in Fig. 2 die ebenfalls in Klammern gesetzten Zahlen die Rohdichten der Krustenschicht.

Stoßfestigkeitsuntersuchung

Probestücke aus Schaumglas für diese Untersuchung waren 40 cm breit, 40 cm lang und 50 mm oder 100 mm stark. Jedes Probestück wurde in ein Sandbett mit der Krustenschicht nach oben gelegt, und eine Stahlkugel mit einem Gewicht von 1 kg wurde von variabler Höhe auf das Probestück fallengelassen, um die Bruchfestigkeit des zu untersuchenden Schaumglases zu bestimmen. Die Resultate sind in den Fig. 1-3 in den mit I bezeichneten Kurven dargestellt. Die Bedeutung der in Klammer gesetzten Zahlen ist bereits angeführt. In den Tabellen 1-A, 1-B, 2-A und 2-B ist die Stoßfestigkeit der Proben auf Grundlage der gemessenen Stoß-Bruchfestigkeit P in N·m angezeigt, und zwar bezeichnet die Wertung A "ausgezeichnet" (P 16,7 Nm), die Wertung B bedeutet "gut", d. h. in Nm 12,5 P ≦ωτ 16,7 und die Wertung C bedeutet "geringwertig" (P ≦ωτ 12,5 Nm).

Schneidbarkeitsuntersuchung

Probestücke aus Schaumglas für diese Untersuchung waren 40 cm breit, 40 cm lang und 50 cm oder 100 mm stark. Jedes Probestück wurde in zwei Hälften geschnitten mit einer Trennscheibe mit Korund-Schneidmittel auf Harzgrundlage, und die auftretenden örtlichen Bruch- und Sprungstellen der Schaumglasproben wurden untersucht, um die Schneidbarkeit in vier Stufen einzuteilen, wie sie die Tabellen zeigen. Die Bewertung A bedeutet "ausgezeichnet" (keine Risse, wenig Ausbrechen), die Wertung B bedeutet "gut" (keine Risse und geringes Ausbrechen, kein Problem für die Ansehnlichkeit), die Wertung C bedeutet "etwas minderwertig" (einige Ausbrech- und manche Rißstellen) und die Wertung D bedeutet "geringwertig" (häufiges Reißen und Brechen).

Wärmeisolationsuntersuchung

Ausgewählte Proben des Schaumglases wurden in quadratische Prismen mit 30 mm × 30 mm Querschnitt und 50 mm Länge bei den 50 mm starken Proben bzw. 100 mm Länge bei den 100 mm starken Proben geschnitten. Die Wärmeleitfähigkeit λ jedes Probestückes wurde in Längsrichtung, d. h. in Stärkenrichtung des Schaumglases bei 50°C durch das übliche Verfahren bestimmt. Die nachfolgenden Werte für λ sind in W/cm·K angegeben. In den nachfolgenden Tabellen ist die Wärmeisolierung der Schaumglasproben in drei Stufen auf Grundlage der gemessenen Wärmeleitfähigkeit ausgewertet. Die Bewertungsstufe A bedeutet "ausgezeichnet" (λ 0,50), die Bewertung B "gut" (0,50 ≦ωτ λ 0,67), und die Bewertung C bedeutet "geringwertig" (λ ≦λτ 0,67).

Tabelle 1-A

Tabelle 1-B

Tabelle 2-A

Tabelle 2-B

Mit Bezug auf die 50 mm starken Schaumglasprobestücke zeigt Fig. 1 die Abhängigkeit der Biegefestigkeit und der Stoßfestigkeit von der Rohdichte des Schaumglases insgesamt. Es zeigt sich, daß die Biegefestigkeit des Schaumglases mit zunehmender Rohdichte ansteigt. Im Gegensatz dazu erreicht die Stoßfestigkeit in einem bestimmten Bereich der Rohdichte einen Maximalwert. Die Rohdichte des Schaumglases insgesamt ist gleich (Stärke der Krustenschicht) × (Differenz spezifisches Gewicht der Krustenschicht - spezifisches Gewicht der Schaumschicht)/(Gesamtstärke) + (Rohdichte der Schaumschicht). Daraus folgt, daß bei einer Gesamtstärke von 50 mm und einer Rohdichte der Schaumschicht von z. B. 0,4 die Gesamt-Rohdichte des Schaumglases proportional zu (Stärke der Krustenschicht) × (Differenz spezifisches Gewicht der Krustenschicht - spezifisches Gewicht der Schaumschicht) ist. Das bedeutet, daß die Stoßfestigkeit des Schaumglases ihr Maximum erreicht in einem bestimmten Bereich von (Stärke der Krustenschicht) × (Differenz spezifisches Gewicht der Krustenschicht - spezifisches Gewicht der Schaumschicht). Grob gesprochen zeigt das Schaumglas eine gute Stoßfestigkeit, wenn die Krustenschicht eine relativ geringe Rohdichte und relativ große Stärke besitzt, und auch dann, wenn die Krustenschicht eine relativ hohe Rohdichte besitzt und relativ dünn ist.

Mit Bezug auf die Proben aus dem 50 mm starken Schaumglas zeigt Fig. 2 daß, wenn die Rohdichte der Schaumschicht mit 0,4 und die Rohdichte der Krustenschicht mit 1,0 oder 1,3 konstant bleiben, die Biegefestigkeit des Schaumglases mit der Stärke der Krustenschicht zunimmt und daß die Stoßfestigkeit einen Maximalwert in einem bestimmten Bereich der Stärke der Krustenschicht annimmt.

Mit Bezug auf die Proben aus dem 50 mm starken Schaumglas zeigt Fig. 3, daß dann, wenn die Rohdichte der Schaumschicht mit 0,4 und die Stärke der Krustenschicht mit 5 mm konstant bleiben, die Biegefestigkeit des Schaumglases mit der Rohdichte der Schaumschicht zunimmt und die Stoßfestigkeit in einem bestimmten Bereich der Rohdichte der Krustenschicht ein Maximum erreicht.

Insgesamt zeigen die Fig. 1-3, daß das Schaumglas hohe Stoßfestigkeit wie auch gute Biegefestigkeit aufweist, wenn die Krustenschicht eine Rohdichte von 0,8 bis 1,7 und eine Stärke von 1,5 bis 20 mm besitzt.

Wie aus den Tabellen 1-A und 1-B gesehen werden kann, war das erhaltene Schaumglas mit 50 mm Stärke sowohl bezüglich der Schneidbarkeit als auch der Wärmeisolationsfähigkeit zufriedenstellend, wenn die Krustenschicht nicht mehr als 1,7 Rohdichte und nicht mehr als 12,5 mm Stärke besaß, d. h. nicht mehr als 1/4 der Gesamtstärke der Schaumglasplatte. In den Tabellen 2-A und 2-B ist zu sehen, daß das 100 mm starke Schaumglas sich als zufriedenstellend sowohl hinsichtlich der Schneidbarkeit als auch der Wärmeisolationsfähigkeit erweist, wenn die Krustenschicht nicht mehr als 1,7 Rohdichte und nicht mehr als 25 mm Stärke, d. h. nicht mehr als 1/4 der Gesamtstärke der Schaumglasplatte aufweist. Bezüglich der Stoßfestigkeit zeigen die Tabellen, daß dann, wenn die Krustenschicht eine Rohdichte aufweist, die so gering wie z. B. 0,6 oder so hoch wie z. B. 2,0 ist und dann, wenn sie nur eine Stärke von 1 mm oder eine hohe Stärke von 20 mm aufweist, auf keinen Fall die Stoßfestigkeit den Ansprüchen genügt, unabhängig von der Stärke der Schaumschicht oder des Schaumglases insgesamt, und daß zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können, wenn die Rohdichte der Krustenschicht im Bereich von 0,8 bis 1,7 und die Stärke der gleichen Schicht im Bereich von 2 bis 20 mm gehalten wird.

So zeigen die eben beschriebenen Untersuchungsergebnisse insgesamt, daß die erfindungsgemäßen Begrenzungen für die Rohdichte und die Stärke der Krustenschicht angemessen sind und zeigen daneben, daß vorzugsweise die Stärke der Krustenschicht nicht mehr als 1/4 der Gesamtstärke der Schaumglasplatte betragen sollte.

Wie bereits bemerkt, kann die Oberflächenhärte und die Rißfestigkeit der Krustenschicht dadurch verbessert werden, daß Glaskörner in der Glasmatrix, die wahlweise ein anorganisches Pigment enthalten kann, dispergiert werden. Dabei werden die Glaskörner durch Aufschmelzen mit der Glasmatrix verbunden. Bei der Herstellung eines derartigen Schaumglases werden Glaskörner mit Korngrößen, die nicht unter 0,5 mm und nicht über 5,2 mm liegen, mit dem granulierten Grundmaterial der Krustenschicht gemischt. Falls Glaskörner benutzt werden, die größer als 5,2 mm sind, kann das Zerschneiden des hergestellten Schaumglases zur Erzeugung von Sprüngen längs der Grenzen der eingemischten Glaskörner führen. Die Verwendung von Glaskörnern mit Größe unter 0,5 mm bewirkt praktisch keine Verbesserung der Oberflächenhärte der Krustenschicht. Es ist jedoch zulässig, daß ein kleiner Anteil von Glaskörnern oder Kleinglasteilchen mit weniger als 0,5 mm Korngröße zusammen mit den erwünschten Glaskörnern mit Größe von 0,5 bis 5,2 mm vorhanden ist. Die Glaskörner brauchen keine einheitliche Korngröße in dem Bereich von 0,5 bis 5,2 mm zu besitzen, und wahlweise können Korngröße und/oder die Farbe der Glaskörner unterschiedlich sein mit der Absicht, ein Schaumglas mit elegantem Aussehen zu erzeugen.

Die Menge der dem granulierten Material hinzugefügten Glaskörnern sollte etwa so sein, daß die Glaskörner 15 bis 30 Vol.-% der Krustenschicht in dem erhaltenen Schaumglas einnehmen. Obwohl die Oberflächenhärte und die Rißfestigkeit der Krustenschicht höher wird, wenn der Anteil der eingemischten Glaskörner anwächst, verschlechtert sich die maschinelle Bearbeitbarkeit des Schaumglases, wenn die Krustenschicht mehr als 30 Vol.-% Glaskörner enthält. In bezug auf die Praxis kann die Rißfestigkeit der Krustenschicht dargestellt werden durch den Eindringwiderstand gegen das Einschieben eines Stahlstabes, der mit variabler Belastung gegen die Krustenschicht angesetzt wird. Zum Vergleich ist der Eindringwiderstand (R) von ALC (Blähbeton) mit einer Rohdichte von 0,6 nur 2,94 bis 3,92 MPa, und so wird ALC leicht mit einer Messerschneide oder dergleichen wegen seiner geringen Oberflächenhärte beschädigt. Um die Oberflächenhärte in solchem Ausmaß zu verbessern, daß die Oberfläche durch kräftiges Ansetzen einer Messerschneide nicht oder kaum beschädigt wird, muß der Eindringwiderstand des Materials auf mindestens 11,77 MPa verbessert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Schaumglas erreicht der Eindringwiderstand einen solchen Wert, wenn die Glaskörner mindestens 15 Vol.-% der Krustenschicht einnehmen.

Ausführungsbeispiel 2

Das granulierte Material für die Schaumschicht nach Ausführungsbeispiel 1 wurde auch bei diesem Ausführungsbeispiel benutzt.

Das Material der Krustenschicht war dagegen ein Gemisch aus Glaskörnern und dem im Ausführungsbeispiel 1 für die Krustenschicht benutzten granulierten Material. Wie in den Tabellen 3-A und 3-B und in den Fig. 4 bis 6 zu sehen ist, sind unterschiedliche Arten von Glaskörnern mit unterschiedlicher Korngröße im Bereich von 0,1 bis 6,7 mm wahlweise eingesetzt worden, und der Anteil der Glaskörner an dem granulierten Material wurde so geändert, daß sich der Anteil der Glaskörner in der Krustenschicht in dem Bereich von 0 bis 50 Vol.-% änderte.

Unter Benutzung dieser Materialien wurde eine Wärmebehandlung oder Erhitzung im wesentlichen in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt. Das durch dieses Verfahren erhaltene Schaumglas besaß eine Krustenschicht nur an einer Seite der Schaumschicht, und die Krustenschicht enthielt in der Glasmatrix verteilte Glaskörner, die mit Eisen-III-Oxid gefärbt waren.

Eine Anzahl von Untersuchungsproben wurde erzeugt mit Veränderungen bestimmter Eigenschaften der Krustenschicht, jedoch betrug die Rohdichte der Schaumschicht immer 0,4 und die Gesamtstärke der Schaumglasplatte betrug entweder 50 oder 100 mm.

Die Rohdichte der Krustenschicht wurde im Bereich von 0,9 bis 1,6 verändert und die Stärke derselben in dem Bereich von 2 bis 20 mm.

Die beim Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Schneidbarkeitsuntersuchung und die nachfolgend beschriebene Eindringuntersuchung wurden bei diesen Schaumglasproben durchgeführt.

Stahlstab-Eindringuntersuchung

Die Probenstücke aus Schaumglas für diese Untersuchung waren 15 cm breit, 15 cm lang und 50 mm oder 100 mm stark. Jedes Untersuchungsstück wurde mit seiner Krustenschicht nach oben gehalten, und ein Stahlstab mit einem Durchmesser von 4 mm wurde unter veränderbarer Belastung gegen das Untersuchungsstück von oben mit einer Rate von 5 mm/min vorgeschoben. Der Eindringwiderstand des Untersuchungsstückes wurde durch die Last dargestellt, bis zu der das Untersuchungsstück ein Eindringen verhinderte.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in den Fig. 4 bis 6 dargestellt. In den Tabellen 3-A und 3-B wird der Eindringwiderstand der Proben in drei Stufen bewertet aufgrund des in der Belastungsgröße R ausgedrückten Eindringwiderstandsmessung. Dabei ist nachfolgend die Belastung in MPa angegeben. Die Bewertung A bedeutet "ausgezeichnet" mit R ≦λτ 19,6 MPa, die Bewertung B bedeutet "gut" mit 11,77 (12,0 R ≦ωτ 19,6 MPa), und die Bewertung C bedeutet "nicht zufriedenstellend" mit R ≦ωτ 11,77 MPa. Für die Bewertung der Schneidbarkeit sind in den Tabellen 3-A und 3-B die Stufungen A, B und C im gleichen Sinne wie in den Tabellen 1 und 2 verwendet.

Tabelle 3-A

Tabelle 3-B

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Anteil der Glaskörner in der Krustenschicht und dem Eindringwiderstand der Schaumglasplatte bei den Proben mit 50 mm Gesamtstärke, Rohdichte der Schaumschicht = 0,4, Rohdichte der Krustenschicht = 1,0 und Dicke der Krustenschicht 8 mm. Die Kurve (1) stellt Proben dar, bei denen die Korngröße der Glaskörner 1 mm betrug, und die Kurve (1,7) zeigt Proben mit Glaskörnern von 1,7 mm. Es ist zu sehen, daß der Eindringwiderstand scharf ansteigt, wenn der Anteil der Glaskörner 15 Vol.-% überschreitet und bei weiterem Ansteigen des Glaskornanteils weiter leicht ansteigt. Ähnliche oder gleichartige Tendenzen wurden auch bei Benutzung von Glaskörnern mit unterschiedlichen Größen beobachtet. Insgesamt kann gesehen werden, daß dann, wenn die Krustenschicht mindestens 15 Vol.-% Glaskörner enthält, der Eindringwiderstand R des Schaumglases 11,77 MPa oder mehr beträgt, und damit ergibt sich für das Schaumglas eine ausgezeichnete Rißfestigkeit.

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Korngröße der in die Krustenschicht eingemischten Glaskörner und dem Eindringwiderstand des Schaumglases, bezogen auf Proben mit 50 mm Gesamtstärke, Rohdichte der Schaumschicht von 0,4 und 8 mm Dicke der Krustenschicht. Die Kurve (1,0-20) zeigt Proben, bei denen die Krustenschicht eine Rohdichte von 1,0 aufwies und 20 Vol.-% Glaskörnern enthielt. Die Kurve (1,0-30) zeigt Proben mit der gleichen Rohdichte der Krustenschicht, jedoch einem Anteil von 30 Vol.-% Glaskörnern, und die Kurve (1,2-20) zeigt demnach Proben mit einer Rohdichte der Krustenschicht von 1,2 und 20 Vol.-% Anteil von Glaskörnern. Es ist zu sehen, daß der Eindringwiderstand scharf ansteigt, wenn die Größe der Glaskörner etwa 0,5 mm übersteigt, und dann flacher mit weiterem Anstieg der Glaskorngröße ansteigt. Gleichartige Tendenzen wurden auch bei weiterer Veränderung des Anteils von Glaskörnern in der Krustenschicht beurteilt. Insgesamt ergibt sich der Hinweis, daß der Eindringwiderstand R des Schaumglases über 11,77 MPa anwächst, wenn Glaskörner mit Größen nicht unter 0,5 mm in die Krustenschicht eingemischt werden.

Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Stärke der Krustenschicht und dem Eindringwiderstand des Schaumglases, bezogen auf Proben mit 50 mm Gesamtstärke, Rohdichte der Schaumschicht 0,4, Rohdichte der Krustenschicht 1,0 und 20 Vol.-% Anteil von Glaskörnern in der Krustenschicht. Die Kurve (1) stellt dabei die Ergebnisse bei Verwendung von Glaskörnern von 1 mm dar und die Kurve (1,7) demnach die Verwendung von Glaskörnern mit 1,7 mm. Es ist zu sehen, daß der Eindringwiderstand nahezu proportional zur Stärke der Krustenschicht ansteigt.

In den Tabellen 3-A und 3-B ist zu sehen, daß der Eindringwiderstand der Schaumglastafeln ausreichend hoch wird, wenn die Krustenschicht eine Rohdichte im Bereich von 0,8 bis 1,7 und eine Stärke im Bereich von 2 bis 20 mm besitzt und mindestens 15 Vol.-% Glaskörner von nicht weniger als 0,5 mm Korngröße enthält. Obwohl die Schneidbarkeit des Schaumglases allmählich mit wachsendem Anteil der Glaskörner in der Krustenschicht abnimmt und mit zunehmender Korngröße der Glaskörner, ist es doch zu sehen, daß eine gute Schneidbarkeit erhalten bleibt, soweit der Anteil der Glaskörner in der Krustenschicht bei angemessener Rohdichte und zugehöriger Stärke derselben nicht 30 Vol.-% in der gesamten Krustenschicht überschreitet und die Glaskörner keine Korngröße von mehr als 5,2 mm besitzen.

Wie bereits bemerkt, wird ein erfindungsgemäßes verstärktes Schaumglas dadurch erhalten, daß ein Verstärkungs-Metallmaterial, wie Metalldrähte, Metalldrahtnetze oder Streckmetall in der Schaumschicht oder der Krustenschicht, aber auch an der Trennfläche zwischen diesen beiden Schichten eingebettet wird. Erforderlichenfalls kann das Material sowohl in der Schaumschicht als auch in der Krustenschicht eingebettet werden. Es ist auch möglich, zwei oder mehrere Arten von Metallmaterialien zusammen zu benutzen. Eine derartige Verstärkung ergibt für das Schaumglas auch noch eine bestimmte Feuerfestigkeit neben der verbesserten mechanischen Festigkeit. Dementsprechend kann das verstärkte Schaumglas nicht nur als Wand-, sondern auch als Fußboden-Material Verwendung finden.

Das Verstärken eines Schaumglases mit einem metallischen Material ist wohlbekannt. Es ist jedoch auch bekannt, daß bei der praktischen Verwendung das eingebettete Metallmaterial seine Verstärkungswirkung nicht voll zeigt, da es ungenügend mit der Glasmatrix verbunden ist. Die unzureichende Adhäsion ergibt sich hauptsächlich wegen des Unterschiedes beim Schrumpfen zwischen Glas und Metallmaterial, wenn das erhitzte Schaumglasmaterial abgekühlt wird, und es rührt auch von der schlechteren Benetzungsfähigkeit des Metallmaterials mit der Glasschmelze und von der Oxidation des Metallmaterials durch die Einwirkung von beim Aufschäumen erzeugten Gasen auf das Metallmaterial her. Mit Bezug auf herkömmliches verstärktes Schaumglas schlägt JP-A 51 77 610 vor, ein Verstärkungs-Metalldrahtnetz mit Wasserglas zu beschichten, um dadurch eine Oxidation des Drahtnetzes zu verhindern und die Adhäsion des Netzes an dem Glas zu verbessern. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß das im Wasserglas enthaltene Wasser während des Erhitzens des Glases verdampft und leicht das Drahtnetz zum Oxidieren bringt, und Leerstellen um das Drahtnetz bildet, so daß die Adhäsion des Drahtnetzes mit der Glasmatrix unzureichend bleibt. In der JP-A 50 26 145, die die Herstellung von schallisolierenden porösen Platten durch Drucksintern eines Gemisches von Keramikpartikeln und Glasfritte-Partikeln mit einem darin eingebetteten Metalldrahtnetz beschreibt, schlägt vor, das Drahtnetz vorher mit Fritte zu beschichten durch Benutzung einer wässerigen Aufschlemmung der Fritte. Die in Form eines solchen Schlammes aufgetragene Fritte haftet jedoch nicht sehr fest an dem Drahtnetz und neigt deswegen dazu, sich von dem Drahtnetz beim Eingießen eines Schaumglasmaterials in einen Formkasten zu trennen, in dem das Drahtnetz eingesetzt ist, oder beim Einbetten des Drahtnetzes in eine bereits vorhandene geschichtete Ansammlung von Schaumglasmaterial.

Bei einem erfindungsgemäßen verstärkten Schaumglas wird bevorzugt das Verstärkungsmetallmaterial mit einem Klebemittel beschichtet, das ein Glaspulver enthält, welches aus auf Quarzglas basierendem Glas oder einem Ausgangsmaterial von auf Quarzglas basierendem Glas besteht.

Eine bevorzugte Ausführung des Klebemittels ist ein Gemisch aus einem feinen Pulver von auf Quarzglas basierendem Glas wie Natronkalk-Silikatglas, Alkali-Borsilikatglas oder Bleisilikatglas und einem Klebebinder wie Wasserglas oder einem thermoplastischen Harz. Als thermoplastisches Harz wird bevorzugt ein Phenolharz eingesetzt, obwohl unterschiedliche Harze wie Polyvinylazetat, Polyvinylalkohol und Polyvinylbutyral ebenfalls verwendet werden können. Um eine sehr gute Adhäsion des beschichteten Metallmaterials an der Schaumglasmatrix zu erzielen ist es wünschenswert, bei dem Klebemittel ein auf Quarzglas beruhendes Glas zu benutzen, dessen Erweichungstemperatur im Bereich von 750 bis 1000°C liegt. Dieses Klebemittel wird auf übliche Weise wie Aufsprühen, Eintauchen oder Aufstreichen auf das Metallmaterial aufgetragen.

Wenn der Binder Wasserglas ist, ist es vorteilhaft, eine etwa 40 Gew.-% enthaltende wäßrige Lösung von Natriumsilikat zu verwenden. In diesem Fall wird vorteilhaft der Anteil des auf Quarzglas beruhenden Glaspulvers in dem Klebemittel 30 bis 50 Gew.-% betragen. Falls der Anteil des Glaspulvers geringer als 30 Gew.-% ist, kann die übermäßige Anwesenheit von Wasserglas eine Entwicklung von Leerstellen um das Metallmaterial hervorrufen, die der Schäumungswirkung des Wasserglases oder der Oxidation des Metallmaterials infolge der kombinierten Einwirkung von Wasser und Wärme zugeschrieben wird. Wenn der Anteil des Glaspulvers über 50 Gew.-% liegt, wird das Beschichten schwierig und kann leicht eine unvollständige oder unzureichende Beschichtung ergeben. Bei dem Erhitzen des Schaumglases schmilzt das Natriumsilikat im Klebemittel zuerst und füllte die Zwischenräume zwischen den auf Quarzglas beruhenden Glaspulverteilchen und reagiert dann mit dem auf Quarzglas beruhenden Glaspulver, wobei die Erweichungs- und Schmelztemperatur des Glaspulvers herabgesetzt wird. Demzufolge schmilzt das auf Quarzglas beruhende Glaspulver gut auf und zeigt verbessertes Fließverhalten und hängt fest an der Schaumglasmatrix an.

Wenn der Binder ein thermoplastisches Harz ist, ist es vorteilhaft, eine 20-30%ige (Gew.-%) Lösung des Harzes in einem normalen Lösungsmittel zu benutzen. Das auf Quarzglas beruhende Quarzpulver wird mit dieser Lösung so gemischt, daß es 30 bis 60 Gew.-% des sich ergebenden Gemisches einnimmt. Falls der Anteil des Harzes zu groß wird, ergeben sich bei der Zersetzung des Harzes, bei der Gas erzeugt wird und die beim Aufheizen des Schaumglases eintritt, Leerstellen, die um das Metallmaterial gebildet werden. Falls der Anteil des Harzes zu gering ist, wird das Beschichten des Metallmaterials mit dem Klebemittel schwierig und es ist kaum möglich, eine feste und haltbare Bedeckungsschicht zu erzeugen. Während des Aufheizens wird ein Anteil des thermoplastischen Harzes verflüssigt und zersetzt sich allmählich in Gasform, während ein weiterer Anteil des Harzes soweit aushärtet, daß es aufreißt oder sich von dem Metallmaterial abschält, wobei es sich schließlich zersetzt und verschwindet. Auf jeden Fall ist eine gute Adhäsion des Metallmaterials an der Schaumglasmatrix durch Benutzung einer entsprechenden Menge des thermoplastischen Harzes zu erzielen, das vorzugsweise ein Acrylharz sein sollte, zusammen mit einem auf Quarzglas beruhendem Quarzpulver.

Es ist auch möglich, praktisch reines Quarzglas oder eine Quarzglas enthaltende Oxidverbindung wie SiO₂ · ZrO₂, SiO₂ · Al₂O₃ oder SiO₂ · TiO₂ statt eines normalen auf Quarzglas beruhenden Glases zu verwenden. Es ist jedoch nicht vorteilhaft, ein Quarzglaspulver oder so eine Oxidverbindung bei dem Klebematerial zum Auftragen auf das Verstärkungs-Metallmaterial zu benutzen, da sowohl Quarzglas als auch die Oxidverbindung hohen Schmelzpunkt besitzt. Stattdessen ist es vorteilhaft, ein Silizium-Alkoxid Si(OR)₄ (wobei R eine Alkylgruppe ist) entweder allein oder zusammen mit einem Alkoxid eines anderen Metalls, z. B. Al(OR)₃ oder Zr(OR)₄ in Form eines Sols oder einer Dispersion in einem flüssigen Medium wie Alkohol zu benutzen. Eine vorteilhafte Konzentration des Alkoxides oder der Alkoxide in der Dispersion beträgt 35 bis 65 Gew.-%. Falls der Alkoxid-Anteil zu hoch liegt, wird das Auftragen des Sols auf das Verstärkungsmetallmaterial schwierig wegen der Gelierung des Sols infolge der Hydrolyse der Alkoxide. Wenn ein solches Sol auf das Metallmaterial als Klebemittel aufgetragen wird, gefolgt durch Verdampfen des Alkohols, wandelt sich beim Aufheizen des das beschichtete Metallmaterial einschließenden Schaumglasmaterials das Alkoxid oder die Alkoxide an der Oberfläche des Metallmaterials in eine glasige oder glaskeramische Beschichtung, die eine dichte Struktur und einen guten Wärmewiderstand besitzt und fest an der Schaumglasmatrix anhängt.

Ob das Grundmaterial des Klebemittels nun ein auf Quarzglas basierendes Glaspulver oder ein Siliziumalkoxid ist, es sollte die Stärke der Beschichtung an dem Verstärkungsmetallmaterial mindestens 10 µm betragen, um erfolgreich das Metallmaterial vollständig zu bedecken und es fest mit der Schaumglasmatrix zu verbinden. Die Auswirkung der Beschichtung wird jedoch nicht bedeutend verbessert, wenn die Beschichtungsstärke über 1 mm vergrößert wird.

Ein verstärktes Schaumglas, das unter Verwendung eines erfindungsgemäß beschichteten Metallmaterials erzeugt ist, besitzt eine höhere mechanische Festigkeit und eine weit bessere Feuerbeständigkeit als anderes verstärktes Schaumglas unter Benutzung des gleichen Metallmaterials ohne die Beschichtungsbehandlung.

Versuch

Eine Anzahl von Proben aus einem Schaumglas mit einer einzigen Krustenschicht erfindungsgemäßer Art wurde erzeugt unter Benutzung von granulierten Materialien, die allgemein entsprechend Ausführungsbeispiel 1 vorbereitet wurden, und durch Ausführen einer Erhitzung der Materialien in einem Formkasten bei 750°C während 30 min. Jede Probe besaß die Abmessungen 16 cm × 16 cm und 80 mm Stärke. Bei jeder Probe besaß die Schaumschicht eine Rohdichte von 0,5 und eine Stärke von 60 mm, und die Krustenschicht besaß eine Rohdichte von 1,0 und eine Stärke von 20 mm.

In dem Formkasten wurde das granulierte Material der Krustenschicht auf ein Bett oder eine Grundschicht des granulierten Materials der Schaumschicht aufgeschichtet. Vor Beginn des Aufheizvorganges wurde ein Stahlstab mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 190 mm vertikal in die aufeinandergeschichteten granulierten Materialien eingesetzt und in einer solchen Stellung gehalten, daß das eingesetzte Ende des Stabes sich in einer Tiefe von 15 mm unter der Oberfläche der Krustenschicht in dem dann hergestellten Schaumglas befand (was bedeutet, daß das Ende des Stabes sich innerhalb der Krustenschicht befand). Das wurde für einige Proben vorgenommen, und bei weiteren Proben befand sich das Stabende in einer Tiefe von 40 mm unter der Oberfläche der Krustenschicht (was bedeutet, daß das Ende des Stabes in die Schaumschicht hineinreichte). Zuvor wurde der Stahlstab mit einem Klebemittel beschichtet, daß in weiten Grenzen verändert wurde, wie die Tabellen 4-A, 4-B und 4-C zeigen. Bei jeder Schaumglasprobe wurde die Adhäsionsfestigkeit des Stahlstabes mit einer Zugvorrichtung gemessen, indem der Stab mit einer Rate von 2 mm/min herausgezogen wurde. Außerdem wurden die Proben in dem den Stahlstab enthaltenden Bereich aufgeschnitten, um zu prüfen, ob Fehlstellen um den Stahlstab vorhanden waren oder nicht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 4-A, 4-B und 4-C dargestellt. In den Tabellen ist die Adhäsionsfestigkeit des Stahlstabes σ, in drei Bewertungsstufen bewertet. Die Stufe A bedeutet "ausgezeichnet" (σ ≦λτ 9,8 · 10⁵ Pa), die Stufe B bedeutet "gut" (6,9 · 10⁵ Pa ≦ωτ σ 9,8 · 10⁵ Pa), und die Stufe C bedeutet "geringwertig" (σ 0,69 MPa). Das Vorhandensein von Fehlstellen ist in drei Stufen bewertet, wobei die Stufe A "sehr zufriedenstellend" (wenige Fehlstellen) bedeutet, die Stufe B "zufriedenstellend" (einige Fehlstellen) und die Stufe C "nicht zufriedenstellend" (beträchtliche Anzahl von Fehlstellen).

Tabelle 4-A

Tabelle 4-B

Tabelle 4-C

Ausführungsbeispiel 3

Ein unverstärktes Schaumglas mit einer einzelnen Krustenschicht erfindungsgemäßer Art wurde allgemein in der gleichen Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 erzeugt. Zusätzlich wurden 10 Arten von verstärkten Schaumglasproben erzeugt durch Einbetten eines Stahldrahtnetzes in die Schaumschicht des zuerst erwähnten Schaumglases. Wie Tabelle 5 zeigt, wurde das Drahtnetz in unterschiedlicher Weise vorbehandelt. Bei jedem Schaumglas, das in diesem Ausführungsbeispiel erzeugt wurde, besaß die Schaumschicht eine Rohdichte von 0,4 und eine Stärke von 42 mm und die Krustenschicht besaß eine Rohdichte von 1,0 und eine Stärke von 8 mm. Das Drahtnetz wurde aus einem Stahldraht mit einem Durchmesser von 3 mm gebildet, und die Maschen des Netzes waren 50 × 50 mm. Bei jedem verstärkten Schaumglas wurde das Drahtnetz oder Drahtgitter in die Mitte der Gesamtstärke des Schaumglases eingesetzt.

Jedes bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugte Schaumglas wurde einer Stoßfestigkeitsuntersuchung unterworfen, wobei Untersuchungsstücke mit 20 cm Breite, 28 cm Länge und 50 mm Stärke Verwendung fanden. Jedes Untersuchungsstück wurde mit seiner Krustenschicht nach oben auf eine Sandunterlage gelegt, und eine Stahlkugel mit einem Gewicht von 1 kg wurde aus unterschiedlicher Höhe auf das Untersuchungsstück fallengelassen, um die Bruchfestigkeit des Untersuchungsstückes zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Es zeigt sich, daß die Stoßfestigkeit des verstärkten Schaumglases beträchtlich durch Vorbehandlung des Drahtnetzes mit einem Klebemittel erfindungsgemäßer Art verbessert wurde.

Tabelle 5

Ausführungsbeispiel 4

Zehn Arten von Schaumglasproben wurden durch Einbetten eines Stahldrahtgitters in die Schaumschicht des in Ausführungsbeispiel 3 beschriebenen Schaumglases erzeugt. Wie in Tabelle 6 dargestellt, wurde das Drahtgitter unterschiedlich vorbehandelt. Das Drahtgitter wurde aus einem dünnen Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm gebildet, und die Maschengröße des Gitters betrugen 10 mm × 10 mm. Bei jeder verstärkten Glasprobe wurde das Drahtgitter in einer Tiefe von 10 mm von der Außenfläche der Krustenschicht eingesetzt, d. h. in die Schaumschicht mit einer Tiefe von ungefähr 2 mm von der Trennfläche zwischen Schaum- und Krustenschicht entfernt.

Jedes in diesem Ausführungsbeispiel erzeugte Schaumglas wurde einer Feuerbeständigkeitsuntersuchung allgemein nach JIS A 1304 unterzogen. Die Untersuchungsstücke des Schaumglases hatten die Abmessungen 20 cm × 20 cm × 50 mm. Jedes Untersuchungsstück wurde auf 1010°C zwei Stunden lang mit einer Flamme von der Krustenseite her erhitzt, und die maximale Temperatur an der Rückfläche (die der Flamme abgewandten Fläche) wurde gemessen. Ein Kriterium zur Beurteilung der Feuerbeständigkeit von verstärktem Schaumglas als Wandmaterial besteht darin, daß die Temperatur an der Rückfläche 260°C nicht überschreitet. Außerdem wurde das Aussehen der untersuchten Proben sorgfältig bewertet. Die Resultate sind in Tabelle 6 zusammengefaßt, und es ist zu verstehen, daß die Vorbehandlung des Drahtgitters mit einem Klebemittel, wie es erfindungsgemäß bevorzugt wird, bei der Verbesserung der Feuerbeständigkeit des verstärkten Schaumglases sehr wirksam ist.

Claims

1. Schaumglas mit einer Schaumschicht und einer Krustenschicht, die mit der Schaumschicht vereinigt ist und mindestens eine Hauptfläche der Schaumschicht überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem scheinbaren spezifischen Gewicht der Krustenschicht und dem scheinbaren spezifischen Gewicht der Schaumschicht nicht mehr als 1,2 kg/cm³ beträgt, wobei die Krustenschicht ein scheinbares spezifisches Gewicht im Bereich von 0,8 bis 1,7 g/cm³ und die Schaumschicht ein scheinbares spezifisches Gewicht im Bereich von 0,3 bis 0,6 g/cm³ besitzt, und daß die Stärke der Krustenschicht, die im Bereich von 1,5 bis 20 mm liegt, nicht mehr als ¼ der Gesamtstärke der Schaumglasplatte (einschließlich Krustenschicht) beträgt.

2. Schaumglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Krustenschicht im Bereich von 2 bis 9 mm liegt.

3. Schaumglas nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtstärke der Schaumschicht und der Krustenschicht im Bereich von 30 bis 125 mm liegt.

4. Schaumglas nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Schichten, Schaumschicht oder Krustenschicht, vertieft liegende Flächenbereiche und relativ vorstehende Flächenbereiche an einer äußeren Hauptfläche aufweist.

5. Schaumglas nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krustenschicht eine aus Glas bestehende Matrix und in der Matrix dispergierte Glaskörner besitzt, wobei die Glaskörner in dem Größenbereich von 0,5 mm bis 5,2 mm liegen und 15 bis 30 Vol.-% der Krustenschicht einnehmen.

6. Schaumglas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskörner im wesentlichen gleichförmige Korngröße aufweisen.

7. Schaumglas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskörner ungleichförmige Korngröße aufweisen.

8. Schaumglas nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskörner gefärbt sind.

9. Schaumglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Schichten - Schaumschicht oder Krustenschicht - ein Verstärkungsmetallmaterial angeordnet ist und daß ein auf Quarz basierendes Glaspulver auf das Metallmaterial aufgetragen und zusammen mit den Glasmaterialien des Schaumglases aufgeschmolzen ist.

10. Schaumglas nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallmaterial aus Drähten besteht.

11. Schaumglas nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallmaterial aus einem Drahtgitter besteht.

12. Schaumglas nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Quarzglas basierende Glaspulver weiter Wasserglas enthält.

13. Schaumglas nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Quarz basierende Glaspulver Quarzglas umfaßt, das durch Pyrolyse von Siliziumalkoxid an der Oberfläche des Metallmaterials gebildet ist.

14. Schaumglas nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Quarz basierende Glaspulver eine Oxidverbindung umfaßt, die Siliziumoxid enthält und durch Pyrolyse eines Gemisches aus einem Siliziumalkoxid und mindestens einem anderen Metallalkoxid gebildet ist.

15. Schaumglas nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine andere Metallalkoxid Aluminiumalkoxid, Zirkonalkoxid oder Titanalkoxid ist.

16. Verfahren zur Herstellung eines Schaumglases mit einer Schaumschicht und einer Krustenschicht, die mit der Schaumschicht vereinigt ist und mindestens eine Hauptfläche der Schaumschicht überdeckt,
bei dem ein Schaumschichtmaterial, das ein Glaspulver und ein Schäumungsmittel umfaßt, und ein Krustenschichtmaterial, das ein Glaspulver umfaßt, erhitzt werden, wobei sowohl das Schaumschichtmaterial als auch das Krustenschichtmaterial ein granuliertes Material ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Verstärkungsmetallmaterial in eine Schicht aus mindestens einem der granulierten Materialien - des granulierten Materials der Schaumschicht oder des granulierten Materials der Krustenschicht - eingesetzt wird,
daß das Metallmaterial vorher mit einem Klebermittel beschichtet wird, das ein auf Quarz basierendes Glaspulver und einen Klebebinder umfaßt, und
daß das granulierte Material der Krustenschicht, das ein Schäumungsmittel enthält, so vorbereitet wird, daß die Krustenschicht des Schaumglases nach dem Aufheizen ein scheinbares spezifisches Gewicht im Bereich von 0,8 bis 1,7 g/cm³ und eine Stärke im Bereich von 1,5 mm bis 20 mm aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die Krustenschicht ein granuliertes Material eingesetzt wird, das weiter ein anorganisches Pigment enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß für die Krustenschicht ein granuliertes Material eingesetzt wird, das weiter Wasserglas enthält.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das granulierte Material der Krustenschicht vor dem Erhitzen mit Glaskörnern mit einer Größe von 0,5 mm bis 5,2 mm so gemischt wird, daß die Glaskörner 15 bis 30 Vol.-% der Krustenschicht des Schaumglases einnehmen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallmaterial Draht verwendet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallmaterial eingesetzt wird, das ein Drahtgitter oder Drahtnetz enthält.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Kleberbinder Wasserglas verwendet wird und daß das Glaspulver in einer Menge von 30 bis 50 Gew.-% des Klebermittels eingesetzt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Kleberbinder ein in einem Lösungsmittel gelöstes thermoplastisches Harz eingesetzt wird und daß das Glaspulver in einer Menge von 30 bis 60 Gew.-% des Klebermittels eingesetzt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Harz ein Akrylharz verwendet wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem flüssigen Medium dispergiertes Siliziumalkoxid enthaltendes Klebermittel eingesetzt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klebermittel mit 35 bis 65 Gew.-% Siliziumalkoxid eingesetzt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klebermittel verwendet wird, das weiter ein Metallalkoxid enthält, das mindestens eines der folgenden Alkoxide ist: Aluminiumalkoxid, Zirkonalkoxid und Titanalkoxid.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klebermittel eingesetzt wird, das eine Gesamtmenge von 35 bis 65 Gew.-% Alkoxiden besitzt.