DE3929703A1

DE3929703A1 - Verfahren zum herstellen von gipsbauteilen

Info

Publication number: DE3929703A1
Application number: DE19893929703
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl Ing Thole
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1991-03-21
Also published as: DE3929703C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gipsgebundenen Formteilen, insbesondere Platten nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Im allgemeinen werden Gipswerkstoffe im Naßverfahren herge stellt, d. h. zum Erreichen einer gleichmäßigen Benetzung des Gipsbindemittels mit dem Anmachwasser sind Wasserbindemit telverhältnisse von etwa 0,7 erforderlich. Zur Hydratation benötigt ein Gipshalbhydratbindemittel aber nur ein Wasser bindemittelverhältnis von etwa 0,16. Als Nachteile der Naß verfahren sind die geringe Biegefestigkeit der so erzeugten Werkstoffe und der hohe Energieaufwand für die Trocknung anzuführen.

Beim sog. Halbtrockenverfahren nach der EU-PS 00 19 207 zur Herstellung von gipsgebundenen Spanplatten werden diese Nach teile vermieden, in dem die Holzspäne als Wasserspender ver wendet werden. Durch Anwendung dieses Verfahrens ist es ge lungen, das Wasserbindemittelverhältnis bis auf einen Wert von 0,3 zu senken, ohne daß die Nachteile einer unzureichen den Wasserversorgung des Bindemittels in Kauf genommen wer den müssen. Der Energieaufwand zur technischen Trockung konn te um ein Mehrfaches reduziert werden. Zu industriellen Fertigung solcher gipsgebundenen Spanplatten wird bisher ein diskontinuierliches Stapelpreßverfahren angewendet. Hierzu wird das endlos gestreute Plattenvlies entsprechend der Preßblechlänge aufgeteilt, zu Stapeln zusammengefaßt und mittels einer Presse verdichtet. Zur Hydratation des Binde mittels verbleiben die Platten für etwa 1,5 Stunden in einem mechanisch arretierten Preßrahmen. Diese für ein Halbhydrat relativ lange Hydratationszeit ist verfahrensbedingt, da die Hydratation erst nach erfolgter Verdichtung einsetzen darf. Um dieses auch für das zuerst gestreute Plattenvlies gewähr leisten zu können, werden Verzögerer eingesetzt. Der Einsatz von Abbindeverzögerern und Abbindebeschleunigern wird seit langem praktiziert. Das Zeitverhältnis von der Benetzung des Bindemittels bis zum Versteifungsbeginn (VB) bzw. Hydrata tionsende (HE) kann hierdurch aber nur eingeschränkt beein flußt werden. Die durch die Stapelpressung verursachte lange Verweildauer der Platten im Preßrahmen wirkt sich nachtei lig auf die Produktionskapazität aus. Mit dem eingangs be schriebenen Verfahren nach der EU-PS 00 19 207 ist somit nur ein diskontinuierliches Verfahren möglich. Dieses diskonti nuierliche Verfahren hat weiterhin den Nachteil, daß die Platten für eine lange Zeit, nämlich für 1,5 Stunden in dem Preßrahmen verbleiben müssen. Dadurch wird die Wirtschaft lichkeit dieses Verfahrens stark beeinträchtigt.

Aus der DE 34 41 839 ist allerdings auch ein kontinuier liches Verfahren bekannt, wobei das Materialvlies kon tinuierlich in einer Durchlaufpresse verdichtet wird. Die Pressenbaulänge einer derartigen kontinuierlichen Durch laufpresse ergibt sich dabei aus der Zeitdauer, die vom Mischbeginn bis zum Einlauf der geformten Frischmasse in die Durchlaufpresse erforderlich ist. Erst in der Presse darf der Versteifungsbeginn einsetzen. Da aber das Verhältnis von Versteifungsbeginn zum Hydratationsende sich bei Gipsbinde mitteln in der Regel wie 1:2,2 bis 2,5 verhält, hängt die Pressenbaulänge von der erforderlichen "offenen Zeit" und der Vorschubgeschwindigkeit ab. Dadurch wird die erforder liche Baulänge einer derartigen Durchlaufpresse sehr groß. Eine derartige Durchlaufpresse ist nur unter höchsten Kapi taleinsatz zu realisieren.

Weiterhin ist die Verwendung von Eis als Anmachwasser seit längerer Zeit bekannt. So ist bereits in der AT 26 043 beschrieben, daß Eis zur Herstellung von porösen Steinen verwendet wird. Die Verwendung des Eises hat in dieser Li teraturstelle jedoch die Aufgabe, den entstehenden Kunst stein möglichst porös zu machen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von gipsgebundenen Spanplatten zur Verfügung zu stellen. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, das Verhältnis von Versteifungsbeginn (VB) zum Hydratationsende (HE) zu verkleinern, um dadurch unter Beibehaltung der "offe nen Zeit" die Baulänge einer Durchlaufpresse zu verkürzen oder die Belegungszeit einer Taktpresse zu verringern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung dar.

Erfindungsgemäß wird hierzu das Anmachwasser in einem festen Aggregatzustand (z. B. Eis) verwendet. Dieses Eis hat hier nicht, wie in der AT 26 043, die Aufgabe dafür zu sorgen, daß das hergestellte Produkt möglichst porös wird oder daß eine besonders streufähige Mischung entsteht, sondern die Aufgabe des Eises besteht darin, eine vorzeitige Hydratation mit dem Gipsbindemittel zu verhindern. Sofern nämlich das Anmachwasser in einem festen Aggregatzustand vorliegt, tritt noch keine merkliche Hydratation mit dem Gipsbindemittel ein. Dadurch ist es erstmalig möglich, die "offene Zeit", d. h. die Zeit bis zum Beginn der Hydratation merklich zu ver längern.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken kann dem Anmachwas ser vor der Kristallisation ein löslicher und/oder unlös licher Abbindebeschleuniger zugesetzt werden. Sofern der Abbindebeschleuniger im Wasser nicht löslich ist, wird er darin suspensiert. Weiterhin ist es angezeigt, dem Anmach wasser und den darin gelösten und/oder suspendierten Abbin debeschleunigern schmelzpunkterhöhende Temperaturstabilisa toren zuzusetzen. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, daß der Energieaufwand zur Erzeugung des Eises nicht zu hoch und damit das Verfahren nicht von Anfang an, schon allein durch die Herstellung des kristallisierten Anmachwassers, unwirtschaftlich wird. Die Herstellung eines derartigen Eises wird z. B. in der AU 59 648-86 (Anmelder: Permasnow) beschrie ben.

Wie bereits gezeigt, kann die Hydratation des Bindemittels erst dann einsetzen, wenn wesentliche Teile des Anmachwas sers in die flüssige Phase übergegangen sind. Entsprechend dem Unterkühlungsgrad, der Temperaturstabilität des Anmach wassers und den klimatischen Bedingungen verläuft der Prozeß der Phasenänderung des Anmachwassers mehr oder weniger schnell. Der VB ist somit nicht mehr durch Veränderung der Kristallkeimbildung oder Löslichkeit determeniert, sondern auch durch thermische Bedingungen. Abb. 1 zeigt hierbei den Zusammenhang zwischen Unterkühlung des Anmachwassers und dem VB mit einer von 1 nach 3 zunehmenden Unterkühlung. Es wird deutlich, daß mit zunehmender Unterkühlung der VB hin ausgezögert werden kann. Somit läßt sich der VB in weiten Grenzen regulieren, so daß gegenüber bisherigen Verfahren eine längere Verarbeitungszeit genutzt werden kann, ohne daß die Nachteile einer insgesamt längeren Hydratationszeit in Kauf genommen werden müssen.

Das Mischen der einzelnen Bestandteile kann, wie in den Kennzeichen der Unteransprüchen ausgeführt, entweder derart erfolgen daß zuerst die Bewehrungskomponenten mit dem Anmachwasser vermischt werden und dann diese Mischung eingefroren und anschließend mit Gipsbindemittel vermengt wird. Andererseits ist es auch erfindungsgemäß möglich, zuerst das Anmachwasser einzufrieren und dann mit der Bewehrungskomponente zu vermischen. Diese Mischung wird dann wieder mit dem Gipsbindemittel vermengt.

Nach diesem Mischen wird die Frischmasse gestreut und in einer Durchlaufpresse bis spätestens zum HE im verdichteten Zustand gehalten. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aber genauso auch diskontinuierlich durchführen, d. h. die Verdichtung wird dann z. B. in einer Stappelpresse vorgenom men.

Das Kristallwasser wird erfindungsgemäß während der Streupha se, während der Transportphase oder kurz vor der Verdich tungsphase durch einen kurzzeitigen Energieeintrag in den flüssigen Aggregatzustand überführt. Hierzu sind alle Verfah ren anwendbar, die dazu geeignet sind, den Aggregatzustand zu ändern. Bevorzugt wird hierzu eine Mikrowelle verwendet. Durch diese Phasenumwandlung wird der Abbindebeschleuniger gleichfalls aktiviert und steht somit dem Bindemittel zur Verfügung. Entsprechend der Beschleunigerkonzentration kommt es nach einer relativ kurzen Zeitspanne zum VB und damit zum HE. Die Verdichtungszeiten und damit die Baulänge einer Durchlaufpresse bzw. die Belegungszeit einer Taktpresse las sen sich somit erheblich reduzieren.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele und Abbildungen ausführlich erläutert:

Es zeigt

Abb. 1 Zusammenhang zwischen Unterkühlung des Anmachwassers und dem VB. Von 1 nach 3 zunehmende Unterkühlung.

Abb. 2 Zusammenhang zwischen der mittels einer Mikrowellen bestrahlung herbeigeführten Änderung des Aggregatzustandes des Anmachwassers (spontaner VB) und der Hydratationszeit. Beispiel 1 (s. Abb. 2):

Abb. 3 Darstellung des VB und der Hydratationszeit eines Gipsbindemittels bei Verwendung von Kaliumsulfat als Abbindebeschleuniger (Kurve 1), bei Verwendung von Kaliumsulfat als Abbindebeschleuniger im kristallisierten Anmachwasser und dessen Verflüssigung mittels einer Mikrowelle (Kurve 2) und bei Verwendung ohne Zusatzmittel (Kurve 3).

Beispiel 1

Die Aktivierung des Abbindebeschleunigers läßt sich in fol gendem Beispiel verdeutlichen: 50 g atro Fichtenspäne werden mit 80 g einer 10%igen Lösung aus H₂O und Kaliumsulfat ge mischt und eingefroren. Nach der Kristallisation werden 200 g eines Gipsbindemittels den so behandelten Holzspänen zu gegeben und mit diesen vermischt. Die Frischmasse wird gleichmäßig auf drei Versuchsgefäße verteilt. Das Ergebnis geht aus Abb. 2 hervor. Nach 3 min (Kurve 1) wird eine Probe für ca. 0,5 min, nach 7 min. (Kurve 2) eine weitere Probe für ebenfalls 0,5 min einer Mikrowellenbestrahlung ausge setzt. Die dritte Probe (Kurve 3) blieb unbehandelt. Aus den mittels eines Thermoschreibers aufgezeichneten Tempera tur-Zeit-Kurven wird deutlich, daß es bei gleicher maximaler Hydratationsgeschwindigkeit durch die Behandlung mit der Mikrowelle (Aktivierung) zu einem spontanen VB kommt, ohne daß die üblicherweise deutlich zu erkennende Induktionspe riode sichtbar wird.

Es ergaben sich dabei folgende Hydratationsverhältnisse:
HE₁-IV_B1/IV_B1 = 1,73,
H_E2-IV_B2/IV_B2 = 1,40,
H_E3-IV_B3/V_B3 = 0,79.

Der ohne Mikrowellenbestrahlung ermittelte VB V_B3 ist bei den hier gewählten Rezepturwerten der Zeitpunkt, an dem eine Verdichtung stattgefunden haben muß.

Unter dieser Voraussetzung ergeben sich folgende Hydratationsverhältnisse:
H_E1-V_B3/V_B3 = -0,41,
H_E2-V_B3/V_B3 = 0,20.

Beispiel 2

Die Reduzierung der Baulänge einer Durchlaufpresse soll an der Herstellung kleinformatiger Proben näher erläutert wer den:

Probe 1

50 g Fichtenspäne werden mit 90 g einer 5%igen Lösung aus Kaliumsulfat und H₂O gemischt, anschließend erfolgt die Zu gabe von 200 g eines Gipsbindemittels (Stuckgips).

Probe 2

Die Zusammensetzung entspricht den Rezepturwerten von Probe 1. Die feuchten Holzspäne wurden jedoch zur Kristallisierung des Anmachwassers in einer Kühleinrichtung gelagert.

Probe 3

Zusammensetzung und Verarbeitung wie Probe 1, jedoch ohne die Zugabe von Kaliumsulfat als Beschleuniger.

Das Ergebnis ist aus Abb. 3 zu entnehmen.

Aus den mittels eines Thermoschreibers aufgezeichneten Tem peratur-Zeit-Funktionen ergeben sich folgende Hydratations bedingungen:

Bei der Probe 1 kam es nach ca. 9 min zum HE. Der VB lag bei ca. 2 min. Auf Grund der sehr kurzen Zeitspanne vom Mischbe ginn bis zum VB ist die Verarbeitung einer derartigen Frisch masse zu Plattenwerkstoffen technisch nicht umsetzbar. Aus der Temperatur-Zeit-Funktion der Probe 2 ergaben sich andere Verhältnisse. Da das Anmachwasser mit dem Abbindebeschleuni ger kristallin vorliegt, kann eine Erhärtung des Gipsbin demittels erst einsetzen, wenn der Phasenübergang fest-flüs sig stattgefunden hat. Dieser Phasenübergang wird nach etwa 18 min durch eine Mikrowellenbestrahlung von 20 s herbeige führt. Das HE ist nach weiteren 7 min erreicht. Wird, wie bei Probe 3, weder ein Abbindebeschleuniger zugegeben noch eine Kristallisation des Anmachwassers vorgenommen, ergibt sich zwar eine Zeitspanne von 19 min bis zum Versteifungs beginn, die Hydratation ist aber erst nach weiteren 28 min abgeschlossen.

Vorausgesetzt, es sollen mit einer Durchlaufpresse 5 m Plattenstranglänge pro Minute hergestellt werden, so ist bei dem Verfahren nach Probe 2 eine Baulänge von 35 m (7×5), bei dem Verfahren nach Probe 3 aber eine Baulänge von 140 m (28×5) unter Annahme, daß der Preßdruck bis zum HE aufrecht erhalten wird, erforderlich.

Alle in der Beschreibung erwähnten und in den Abbildungen dargestellten neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Gipsbauteilen, insbesondere Gipsplatten, bei dem das zur Hydratisierung des Bindemittels erforderliche Anmachwasser in Form von wassergetränkten Be wehrungskomponenten eingebracht und mit dem Gipsbindemittel vermischt und dieses Gemenge ausgestreut und anschließend durch eine Presse verdichtet wird dadurch gekennzeichnet, daß das Anmachwasser im festen Aggregatzustand vorliegt und
daß das Anmachwasser in dem Gemenge durch eine externe Energiezufuhr in den flüssigen Aggregatzustand übergeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anmachwasser in Form von Eis vorliegt.

3. Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrungskomponenten mit dem Anmachwasser vermischt werden und diese Mischung eingefroren und anschließend mit dem Gipsbindemittel vermengt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das Anmachwasser eingefroren und dann mit den Bewerungskomponenten vermischt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anmachwasser einen Abbindebeschleuniger enthält.

6. Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbindebeschleuniger pulvrige im wesentlichen in Wasser unlösliche und/oder lösliche Abbindebeschleuniger eingesetzt werden.

7. Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem kristallisierten Anmachwasser mit den darin gelösten und/oder suspensierten Abbindebeschleunigern schmelzpunkter höhende Temperaturstabilisatoren zugesetzt werden.

8. Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Energiezufuhr durch eine Mikrowelle, Hoch frequenzerwärmung, Strahlungswärme oder sonstige elektrische oder elektromagnetische Energiequenten erfolgt.

9. Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr während der Streuphase, oder während der Transportphase oder kurz vor der Verdichtungsphase erfolgt.