DE3711496C2

DE3711496C2 -

Info

Publication number: DE3711496C2
Application number: DE19873711496
Authority: DE
Inventors: Maruli H. Dr. 2057 Reinbek De Simatupang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-04
Filing date: 1987-04-04
Publication date: 1989-05-24
Also published as: DE3711496A1

Description

Die Erfindung betrifft einen zementgebundenen Holzfaser-Formkörper, mit einem Gehalt an vorzugsweise spanartigem Holzfasermaterial, einem hydraulisch abgebundenen, portlandzementhaltigen Bindemittel und gegebenenfalls üblichen Zusatzstoffen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, bei welchem man eine Portlandzement, Holzfasermaterial und Wasser sowie gegebenenfalls übliche Hilfsstoffe enthaltende Mischung verformt und unter Druck und gegebenenfalls Erwärmung bis zur Formbeständigkeit aushärtet.

Holzfaser-Formkörper dieser Art, wie plane oder gewellte Platten, werden zunehmend an Stelle von entsprechenden Formteilen mit einem Gehalt an Asbestfasern eingesetzt. Die deutsche Patentschrift 26 01 322 beschreibt einen Verbrennungsofen zum Veraschen nicht mineralischer Naturprodukte, insbesondere zur Herstellung weißer Reisschalenasche für feuerfeste Baustoffe und gibt einen Hinweis darauf, daß die Reisschalenasche zur Herstellung von Baustoffen geeignet sei, aber führt dies darauf zurück, daß sie praktisch kohlenstofffrei ist.

Die Beständigkeit von Holzfasern gegen das alkalische, zementhaltige Bindemittel ist jedoch beschränkt. Bei aus der DE-OS 34 06 895 bekannten Formkörpern der eingangs genannten Art wird daher ein Bindemittel verwendet, das aus einer Mischung von Portlandzement und einem in Hochtemperaturöfen anfallenden Silikastaub mit einer Teilchengröße unter 10 µm besteht. Durch diesen Silikastaub wird der pH-Wert des Porenwassers erniedrigt und die Beständigkeit der verwendeten Holzfasern erhöht. Derart feinteiliger Silikastaub ist jedoch in vielen Ländern nicht oder doch nicht ausreichend verfügbar. SiO₂-haltige Produkte mit höherer Teilchengröße haben nicht die gewünschte Wirksamkeit und das Zermahlen solcher Produkte auf Teilchengrößen unter 10 µm ist aufwendig und unwirtschaftlich. Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei herkömmlichen Naßverfahren zur Herstellung von Wellplatten zwar solche aus einem Gemisch von Zellulosefasern und Kunststoffasern hergestellt werden können, bei der Anwendung dieser Arbeitsweise zur Herstellung von Wellplatten aus Holzspänen jedoch die auf eine Wellplattenunterlage aufgestreuten, bemörtelten Holzspäne nicht gleichmäßig verteilbar sind, da sie von den Erhebungen abrutschen, insbesondere, wenn die beschickte Form in die Presse überführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen zementgebundenen Holz faser-Formkörper und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, die mit einfachen, unaufwendigen Mitteln ohne Verwendung von ultrafeinem Silikastaub eine wesentliche verbesserte Beständigkeit ergeben und ohne weiteres auch in gewellter Form gefertigt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der zementgebundene Holzfaser-Formkörper der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 ausgestattet.

Es wurde nämlich überraschend gefunden, daß die durch Verbrennung der in vielen Ländern als Abfallprodukt anfallenden Reisschalen entstehende Asche trotz ihrer bedeutend höheren Teilchengröße eine so große spezifische Oberfläche besitzt, daß sie auch bei relativ hohem Gehalt an organischen Reststoffen eine sehr hohe latent hydraulische Wirksamkeit besitzt. Tatsächlich ist sogar festzustellen, daß der Gehalt der Reisschalenasche an organischen Reststoffen zu einer synergistischen Verbesserung der Wirksamkeit führt. Infolge der sehr großen spezifischen Oberfläche der Reisschalenasche kann diese zur Herstellung der Formkörper in relativ grober Teilchengröße eingesetzt werden. Eine zusätzliche Mahlung der Reisschalenasche bis auf Zementfeinheit ergibt zwar noch eine Verbesserung in der Festigkeit der Versuchsplatten, jedoch ist ein Vermahlen der Reisschalenasche auf eine Teilchengröße unter 10 µm so aufwendig, daß dies normalerweise unwirtschaftlich ist.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Holzfaser-Formkörper sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung zementgebundener Formkörper der eingangs genannten Art, bei welchem man die Merkmale des Patentanspruches 5 einhält.

Durch die erfindungsgemäße Mitverwendung der als billiges Abfallprodukt verfügbaren Reisschalenasche können mit geringem Aufwand zementgebundene Holzfaser-Formkörper mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere erhöhter Dauerhaftigkeit hergestellt werden. Wenn man bei der Herstellung gewellter Platten erfindungsgemäß Reisschalenasche zumischt, wird die Mischung geschmeidiger und plastischer, so daß sie sich noch trocken streuen läßt, ohne von den Erhebungen der Wellplattenform abzurutschen. Durch eine Vorpressung kann die Mischung dann zu einer locker zusammenhängenden Masse verpreßt und darauf ohne Beschädigung in die Presse eingeführt werden.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 5 bis 9 beschrieben.

Im folgenden wird die Herstellung der erfindungsgemäßen, zementgebundenen Holzfaser-Formkörper an Hand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert.

Beispiel 1

Zur Herstellung einer zementgebundenen Holzfaser-Flachplatte wurden neben Portlandzement und Reisschalenasche Lärchenspäne verwendet. Die durch offene Verbrennung von in Reismühlen als Abfall angefallenen, trockenen Reisschalen erhaltene Reisschalenasche wurde nach dem Erkalten gesiebt, die mit einer Korngröße unter 0,1 mm anfallende Fraktion in einer Kugelmühle zerkleinert und erneut gesiebt und hiervon die durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,063 mm hindurchgehende Fraktion mit einer spezifischen Oberfläche von 92 m²/g (BET) zur Herstellung von Versuchsplatten verwendet.

Aus frischen Lärchenholz-Schneidspänen (Feuchtigkeitsgehalt über 60%) wurden in einer Labor-Zahnscheibenmühle Lärchen holz-Faserspäne mit einer Länge zwischen 2 und 25 mm und einer Breite oder Stärke zwischen 0,1 und 3 mm hergestellt. Diese Späne sind nicht Einzelfasern, sondern Faserbündel.

Zur Herstellung einer Versuchsplatte wurden 64 g dieser Lärchenspäne mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 51,6% (bezogen auf atro-Gewicht) mit einer Suspension aus 91 ml Wasser und 50 g der in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltenen Reisschalenasche (SiO₂-Gehalt 65%, Restgehalt an organischen Verbindungen 37%) gründlich vermischt, dann 117 g Portlandzement zugemischt und das erhaltene, bemörtelte Faserspanmaterial in eine 18 x 18 cm messende Plattenform gestreut, unter einem Druck von etwa 0,05 N/mm² vorgepreßt und anschließend in einer Presse bei einem spezifischen Druck von 2,0 N/mm mit Hilfe von Distanzleisten bei einer Temperatur von 60°C und einer Preßdauer von 8 Stunden auf eine Plattenstärke von 0,6 cm verpreßt. Dabei härtet der Zement in Gegenwart der Reisschalenasche überraschend zu einer formstabilen schwarzen Platte aus, die nach zweiwöchiger Lagerung und Trocknung eine Biegefestigkeit von 5,5 N/mm² aufwies. Vergleichsplatten, die unter Weglassung des Gehaltes an Reisschalenasche nur Portlandzement als Bindemittel enthielten, erhärteten dagegen nicht richtig und konnten nicht geprüft werden.

Beispiel 2

Gemäß Beispiel 1 wurden weitere Versuchsplatten hergestellt, wobei jedoch neben 64 g Lärchenspänen 40 g Reisschalenasche, 77 ml Wasser mit einem Gehalt von 3,7 g Calciumchlorid und 127 g Portlandzement eingesetzt wurden. Die erhaltene, tiefschwarze, glatte Versuchsplatte zeigte nach zweiwöchiger Lagerung und Trocknung eine Rohdichte von 1,25 g/cm³ und eine Biegefestigkeit von 14 N/mm².

Beispiel 3

Um eine hellere, noch festere Versuchsplatte herzustellen, wurde die schwarze Reisschalenasche nochmals in einem Muffelofen bei 500°C eine Stunde verascht (Ausbeute 68%). Die erkaltete, hellgraue Reisschalenasche wurde anschließend in einer Kugelmühle gemahlen und gesiebt. Das durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,09 mm hindurchgehende Material enthielt 95% (SiO₂) und 4,5% organische Verbindungen. Die Herstellung der Platten erfolgte gemäß Beispiel 1, wobei jedoch jetzt neben 64 g Lärchenspänen eine Suspension aus 30 g der grauen Reisschalenasche, 65 ml Wasser mit einem Gehalt von 3,7 g CaCl₂ und 137 g Portlandzement eingesetzt wurden. Die erhaltene, hellgraue Versuchsplatte hatte nach zweiwöchiger Lagerung und Trocknung eine Rohdichte von 1,25 g/cm³ und eine Biegefestigkeit von 15 N/mm².

Beispiel 4

Zur Herstellung einer zementgebundenen Holzfaser-Wellplatte wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellte, luftgetrocknete Pappel-Faserspäne und eine 37 x 37 cm messende Preßform aus mit Kunststoffasern armiertem Zementstein verwendet. Die gewellten Oberflächen der Preßform wurden vor dem Auftragen der bemörtelten Faserspäne mit einem Trennmittel besprüht.

Es wurden 205 g lufttrockene Pappelspäne mit einer Suspension aus 130 g feingemahlener Reisschalenasche gemäß Beispiel 2 und 350 ml Wasser mit einem Gehalt von 15 g CaCl₂ gründlich vermischt, dann 588 g Portlandzement zugegeben und weiter ge mischt. Die erhaltenen, bemörtelten Pappelspäne hatten eine etwas klebrige Konsistenz, ließen sich aber zu einem Formkörper trocken streuen, rutschen dabei überraschenderweise nicht von den Erhebungen der Preßform ab, so daß sich auf die gewellte Form eine gleichmäßig dicke Spanschicht aufstreuen ließ. Nach Vorverdichtung bei einem Preßdruck von etwa 0,05 N/mm² konnte der Wellplattenrohling ohne Beschädigung in die Presse überführt und nach Auflegen der gewellten Oberplatte bei einer Temperatur von 80°C, einer Preßdauer von 8 Stunden und einem spezifischen Preßdruck von 2,0 N/mm² zu einer Wellplatte mit einer Stärke von 0,6 cm verpreßt werden. Nach zweiwöchiger Lagerung und Trocknung hatte die Versuchsplatte ein Gewicht von 1,1 kg entsprechend einem Flächengewicht von 8 kg/m². Die Wellplatte hatte eine sehr hohe Festigkeit und eignet sich insbesondere als Dachbedeckung.

Beispiel 5

Zur Herstellung weiterer Versuchsplatten wurde eine graue Reisschalenasche mit einer Teilchengröße unter 0,09 mm mit einer spezifischen Oberfläche von 34 m²/g und einem SiO₂-Gehalt von 93% zusammen mit Pappelspänen gemäß Beispiel 4 (Feuchtigkeitsgehalt 8,4%) verwendet. Es wurden jeweils 156 g Pappelspäne mit 182 ml Wasser vermischt, anschließend verschiedene Mengen Reisschalenasche und dann Portlandzement und zuletzt 13 g pulverförmiges CaCl₂ zugemischt. Die bemörtelten Faserspäne wurden manuell zu einem Plattenrohling von 30 x 30 cm gestreut und zwischen zwei geölten Edelstahlblechen 6 Stunden bei 40°C und einem spezifischen Druck von 2,0 N/mm² unter Verwendung von Distanzleisten zu einer formstabilen Platte mit einer Plattenstärke von 0,6 cm verpreßt. Die Versuchsplatten wurden nach 28 Tagen zu Proben (16 x 4 cm) aufgeschnitten, über Nacht bei 105°C getrocknet und nach Abkühlen in einem Exsiccator untersucht. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle 1

Diese Versuche zeigen, daß ein Ersatz von 15 bzw. 30 Gew.-% des verwendeten Portlandzements durch Reisschalenasche zu einer Erhöhung der Biegefestigkeit der erhaltenen Platten führt.

Beispiel 6

Da bisher Späne aus Holzarten mit hohem Gehalt an erhärtungsstörenden, löslichen Kohlenhydraten nicht zur Herstellung normaler Zement-Spanplatten verwendet werden konnten, ist es besonders vorteilhaft, daß durch den Zusatz feinteiliger Reisschalenasche nunmehr auch derartige Holzfaserarten, die gerade in vielen reisanbauenden Ländern vorkommen, für die Herstellung von Zement-Spanplatten einsetzbar werden.

Da Lärchenholz bis zu 15% lösliche Kohlenhydrate, vornehmlich Arabinogalactane enthält und bekanntlich bisher nicht ohne besondere Vorbehandlung oder spezielle Zusatzmittel für zementgebundene Holzwerkstoffe verwendbar war, wurden in einem weiteren Versuch stellvertretend für andere Holzarten mit erhärtungsstörenden Inhaltsstoffen Lärchen-Faserspäne mit einer Länge zwischen 2 und 25 mm und einer Breite von 0,2 bis 2 mm in luftgetrockneter Form (Feuchtigkeitsgehalt: 12,8%) verwendet. Zur Herstellung der Versuchsplatten wurde jeweils eine vorbestimmte Menge Lärchen-Faserspäne mit einer berechneten Wassermenge mit einem Gehalt an Calciumchlorid vermischt, nachfolgend Reisschalenasche zugemischt und schließlich Portlandzement PZ 35F eingemischt. Nach nochmaligem gründlichen Mischen wurden die bemörtelten Faserspäne zu einem Platten rohling 30 x 30 cm manuell gestreut und nach schwachem Vorpressen in einer beheizbaren hydraulischen Presse mit Hilfe von Distanzleisten bei 40°C und einer Preßzeit von sieben Stunden unter einem spezifischen Druck von 2,0 N/mm² zu 0,6 cm dicken Platten verpreßt. Diese wurden zwei Wochen in einer Feuchtkammer gelagert, dann zu Proben von 15 x 4 cm geschnitten, anschließend bei 20°C und 65% relativer Luftfeuchtigkeit nochmals zwei Wochen gelagert und dann über Nacht bei 105°C getrocknet und nach Abkühlen in einem Exsiccator untersucht. Die Ergebnisse dieser jeweils mit einem Verhältnis Reisschalenasche zu Portlandzement von 35 : 65 durchgeführten Versuche sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 2

Beispiel 7

In einer weiteren Versuchsreihe gemäß Beispiel 6 wurde bei der Herstellung der zementgebundenen Holzfaserplatten jeweils das Gewichtsverhältnis von Reisschalenasche zu Portlandzement variiert, während das Gewichtsverhältnis der Summe aus Reisschalenasche und Portlandzement zu Holzspänen (atro) konstant auf 3,0 : 1 gehalten wurde. Das Gewichtsverhältnis Reisschalenasche zu Portlandzement betrug bei diesen Versuchen 17,5 : 82,5 bzw. 35 : 65 bzw. 42,5 : 57,5 bzw. 60 : 40. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle 3 zusammengestellt.

Tabelle 3

Diese Versuche zeigen, daß bei dieser Zusammensetzung ein Ge wichtsverhältnis Reisschalenasche zu Portlandzement von 17,5 : 82,5 zur Erhärtung noch nicht ausreichte, mit höheren Gehalten an Reisschalenasche dagegen zufriedenstellende Biegefestigkeiten erzielt wurden.

Die vorstehend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläuterten zementgebundenen Holzfaser-Formkörper und Verfahren zu deren Herstellung können vom Fachmann je nach den Anforderungen noch in verschiedener Weise zweckentsprechend abgewandelt werden, wobei insbesondere weitere übliche Hilfsstoffe mit verwendet werden können.

Claims

1. Zementgebundener Holzfaser-Formkörper, mit einem Gehalt an vorzugsweise spanartigem Holzfasermaterial, einem hydraulisch abgebundenen, portlandzementhaltigen Bindemittel sowie gegebenenfalls üblichen Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß darin:

a) bezogen auf den Gehalt an Portlandzement, 15 bis 150 Gew.-% und vorzugsweise 17 bis 85 Gew.-% Reisschalenasche und
b) bezogen auf die Summe der Gehalte an Portlandzement und Reisschalenasche 14 bis 45 Gew.-% und vorzugsweise 19 bis 40 Gew.-% Holzfasermaterial (atro) enthalten sind.
c) die enthaltene Reisschalenasche eine im wesentlichen unter 0,1 mm liegende Teilchengröße und einen Restgehalt an organischen Verbindungen von 2 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-% aufweist.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß darin, bezogen auf den Gesamtgehalt an Portlandzement und Reisschalenasche noch bis zu insgesamt 6 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-% mindestens eines Hilfsstoffs aus der Gruppe CaCl₂, Ca(OH)₂, Al₂(SO₄)₃, AlCl₃ und MgCl₂ und/oder bis zu 5 Gew.-% und vorzugsweise 1 bis 2 Gew.-% Aktivkohle enthalten sind.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Holzfasermaterial, insbesondere Holzspänen, mit hohem Gehalt an löslichen, erhärtungshemmenden Kohlenhydraten.

4. Verfahren zur Herstellung zementgebundener Holzfaser-Formkörper, bei welchem man eine Portlandzement, Holzfasermaterial und Wasser sowie gegebenenfalls übliche Hilfsstoffe enthaltende Mischung verformt und unter Druck und gegebenenfalls Erwärmung bis zur Formbeständigkeit aushärtet, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Mischung a) bezogen auf das Gewicht des Portlandzements, eine 0,17- bis 1,5fache Gewichtsmenge Reisschalenasche und b) bezogen auf das Gesamtgewicht an Portlandzement und Reisschalenasche 14 bis 45 Gew.-% und vorzugsweise 19 bis 40 Gew.-% Holzfasermaterial (atro) verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Mischung Reisschalenasche mit im wesentlichen unter 0,1 mm liegender Teilchengröße, einem Restgehalt an organischen Verbindungen von 2 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-% und einer spezifischen Oberfläche (BET) von 30 bis 100 m²/g und vorzugsweise 34 bis 45 m²/g verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Mischung, bezogen auf das Gesamtgewicht an Portlandzement und Reisschalenasche, noch bis zu insgesamt 6 Gew.-% und vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-% mindestens eines Hilfsstoffs aus der Gruppe CaCl₂, Ca(OH)₂, Al₂(SO₄)₃ und AlCl₃ und/oder bis zu 5 Gew.-% und vorzugsweise 1 bis 2 Gew.-% Aktivkohle einbringt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine durch gemeinsames Mahlen von Portlandzementklinker und Reisschalenasche auf eine Teilchengröße unter 0,1 mm zerkleinerte Mischung verwendet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Holzfasermaterial, vorzugsweise Holzspäne mit einer Länge zwischen 2 und 30 mm und einer Breite zwischen 0,2 und 3 mm, mit Wasser und Reisschalenasche vermischt, nachfolgend den Portlandzement zumischt und die erhaltene Mischung in einer Form unter Druck aushärtet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Mischung Holzfasermaterial, insbesondere Holzspäne, von Holzarten mit hohem Gehalt an löslichen, erhärtungshemmenden Kohlenhydraten verwendet.