DE4446011C2 - Anorganische Formmasse enthaltend Blähglas, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine anorganische Formmasse aus Tonerdezement, Elektrofilterasche und Blähglas sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Formkörper und die Verwendung dieser Formmasse als Dämm- und Baustoff.

Die derzeitigen Dämmstoffe haben unterschiedliche Nachteile. Die organischen Schaumstoffe wie z. B. Polyurethan weisen eine geringe Temperaturbeständigkeit auf, sind weitgehend brennbar, bilden beim Brand zumeist giftige Gase und sind als Sondermüll zu entsorgen. Die übrigen organischen Dämmstoffe bestehend aus Papier, Holz, Wolle oder dergleichen haben eine geringe Temperaturbeständigkeit und sind relativ leicht brennbar.

Die nächste Kategorie, die Faserstoffe aus Glas oder Steinwolle sowie keramischer Wolle, steht in Verdacht, krebserregend zu sein, und ist als Sondermüll zu entsorgen. Schließlich gibt es noch einige qualitativ hochwertige Dämmstoffe wie Schaumglas, Calzium-Silizium und Vermiculit-Material, die jedoch recht teuer sind.

DE 35 24 115 A1 betrifft einen Leichtbaustoff aus mineralischen Baustoffen, bestehend aus herkömmlichen Baustoffen, zum Beispiel Gips, Mörtel usw., und Mikrohohlglaskugeln zur Verringerung der Dichte bei gleichzeitiger Verbesserung der Festigkeit, Wärme­ dämmung, des Brand- und Schallschutzes. Der Leichtbaustoff kann insbesondere für den Hausbau verwendet werden, z. B. Isolierputz, bei Gipskartonplatten oder als Verkleidungselemente. In der medizinischen Anwendung ist bei Gipsverbänden eine Reduzierung der Dichte durch Einlagerung von Mikrohohlglaskugeln und Gewebe gegeben.

In der DE 40 40 180 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von feinporigem Schaum aus im wesentlichen anorganischen Bestand­ teilen beschrieben. Die Formmasse enthält neben den an sich bekannten Komponenten - steinbildender Feststoff, - Härter, - schaumbildender Zusatz, einen Zusatz von Oberflächen-aktiven, amphiphilen Substanzen zur Verbesserung der Porenstruktur und der Festigkeit. Als steinbildende Komponente wird insbesondere ein reaktiver Feststoff aus verschiedenen Materialien eingesetzt.

Die DE 40 36 427 A1 betrifft ein Baustoffgemisch mit einem hydraulischen Bindemittel, das insbesondere zur Herstellung einer Tragschicht im Tief- und Straßenbau geeignet ist. Das Baustoffgemisch besteht aus einem aus gebrauchten Baustoffen gewonnenen Vorsiebmaterial, Steinkohlenflugasche und einem hydraulischen Bindemittel, wobei das Gewichtsverhältnis des Vorsiebmaterials zu der Steinkohlenflugasche vorzugsweise etwa 2 : 1 beträgt und der Gehalt des hydraulischen Bindemittels, bezogen auf das Baustoffgemisch vorzugsweise etwa 6 bis 8 Gew.-% ausmacht, bei einem Herstellungswassergehalt von vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine anorganische Formmasse zur Verfügung zu stellen, die zur Weiterverarbeitung in Formkörpern, insbesondere Dämmplatten, oder auch zum Verspritzen, z. B. an Wände, geeignet ist, und die sich zum einen durch Unbrennbarkeit, hohe Temperaturbeständigkeit von mindestens 1000°C und Beständigkeit gegen Wasser und wäßrige Laugen auszeichnet und zum anderen aus einem Material besteht, das gesundheitlich unbedenklich ist und bedeutende ökologische Vorteile aufweist, da es zum Teil aus recyceltem Glas und zum Teil aus Kohleaschen hergestellt wird; im übrigen kann die anorganische Masse problemlos als Bauschutt entsorgt werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine anorganische Formmasse, die 10 bis 50 Gew.-% Tonerdezement, enthaltend 15 bis 45 Gew. -% CaO und 30 bis 85 Gew.-% Al₂O₃, 5 bis 30 Gew.-% Elektrofilterasche aus Kohlekraftwerken sowie 20 bis 60 Gew.-% Blähglas als Füllstoff enthält.

Das erfindungsgemäß verwendete Blähglas wird aus recyceltem Glas hergestellt. Dazu wird das Altglas staubfein vermahlen und bei etwa 1000°C aufgebläht. Die besonderen Kennzeichen sind relativ hohe Festigkeit bei geringen Rohdichten, die zwischen 0,27 und 0,64 g/cm³ liegen. Die Körnung reicht von 0,25 bis 16 mm.

Da Altglas in großen Mengen - mit steigender Tendenz - zur Verfügung steht, kommt der Verwendung des erfindungsgemäßen Blähglases eine hohe ökologische Bedeutung zu.

Um bei der erfindungsgemäßen Formmasse hohe Dämmwerte bzw. eine geringe Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, wird die Körnung des Blähglases möglichst grob, der Anteil des Blähglases in der Formmasse hoch und der Anteil der wasserhaltigen bindenden Bestandteile entsprechend niedrig gehalten. Im einzelnen ergeben sich Körnungen von 1-8 mm mit Schwerpunkt bei der Fraktion 4-8 min. Die Rohdichten der Blähglaskörper liegen hier im Bereich von 0,3 bis 0,4 g/cm³. Der Gehalt des Blähglases liegt bevorzugt bei 35 bis 45 Gew.-% und der wasserhaltigen bindenden Bestandteile entsprechend bei 55 bis 65 Gew.-%. Mit dieser Zusammensetzung ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Formmasse in ausgetrocknetem Zustand eine Dichte von etwa 0,35 bis 0,4 g/cm³.

Die erfindungsgemäße Formmasse eignet sich auch in beschränktem Maße als Baustoff, z. B. zur Herstellung von Rolladenkästen. Dabei steht nicht der Grad der Isolierfähigkeit sondern die Stabilität im Vordergrund. Entsprechend sieht die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Formmasse aus: Körnungen von 0,5 bis 4 mm, bevorzugt 1 bis 2 mm, Anteil des Blähglases an der Masse von bevorzugt 30 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 35 Gew.-%, und Anteil der wäßrigen bindenden Bestandteile von 60 bis 70 Gew.-%. Es ergibt sich eine Dichte der ausgetrockneten Formmasse von ca. 0,45 g/cm³.

Die erfindungsgemäße Formmasse kann neben dem Blähglas noch weitere Füllstoffe enthalten. Als Füllstoffe kommen anorganische Stoffe wie beispielsweise Aschen, Schlacken oder feine Glaskugeln, sogenannte "Spheres", die vorwiegend in englischen Kohlekraftwerken entstehen, wenn glühende Filterasche ins Wasser gebracht wird, in Frage.

Das Bindematerial der erfindungsgemäßen Formmasse stellt ein Gemisch aus Tonerdezement, Elektrofilterasche aus Kohlekraftwerken und Wasser dar. Die einzelnen Komponenten werden miteinander zu einer Schlämme vermischt, zu der das Blähglas als Füllmaterial zugegeben wird. Die Formmasse härtet mit der Zeit aus, wobei das Wasser verdunstet. Der Härtungsvorgang ist in seiner zeitlichen Hinsicht in etwa mit der von Betonen vergleichbar.

Der erfindungsgemäß verwendete Tonerdezement wird bevorzugt im Hochtemperaturbereich zwischen 1000 und 2000°C verwendet, wo er zusammen mit stark Al₂O₃-haltigen Zuschlagstoffen wie beispielsweise Schamotten zu Beton verarbeitet wird. Die besonderen Eigenschaften des Tonerdezementes neben seiner hohen Temperaturbeständigkeit sind eine rasche Erhärtung und hohe Festigkeiten.

Der erfindungsgemäß verwendete Tonerdezement weist folgende Hauptbestandteile auf: 15 bis 45 Gew.-% CaO, bevorzugt 35 bis 40 Gew.-%, 30 bis 85 Gew.-% Al₂O₃, bevorzugt 35 bis 40 Gew.-%, gegebenenfalls 0,4 bis 6 Gew.-% SiO₂, bevorzugt 3 bis 5 Gew.-%, gegebenenfalls 0,1 bis 20 Gew.-% Fe₂O₃, bevorzugt 15 bis 18 Gew.-%. Die Rohdichte liegt bei 1,15 g/cm³, die spezifische Oberfläche bei 2850 bis 3450 cm²/g.

Die erfindungsgemäß verwendete Elektrofilterasche aus Kohlekraftwerken besteht im wesentlichen aus kleinen glasigen Kügelchen mit einer spezifischen Oberfläche von 2500 bis 4000 cm²/g. Die Hauptbestandteile sind 42 bis 53 Gew.-% SiO₂, 26 bis 34 Gew.-% Al₂O₃ und 5 bis 10 Gew. -% Fe₂O₃. Dieses Material wird schon seit geraumer Zeit als Betonzuschlagstoff verwendet. In der Kombination mit Tonerdezement ergibt sich ein gut reagierendes Material, das sich als Binder für die erfindungsgemäße Formmasse hervorragend eignet. Es ergeben sich ausreichende Festigkeiten für die Verwendung als Dämmstoff und für bestimmte Baustoffe wie beispielsweise Rolladenkästen. Die Temperaturbeständigkeit der erfindungsgemäßen Formmasse liegt bei maximal 1000°C. Sie ist vollständig anorganisch und damit unbrennbar und weist eine Beständigkeit gegen Wasser und wäßrige Laugen auf.

Neben der Tatsache, daß die erfindungsgemäße Formmasse recyceltes Glas enthält, sind noch folgende besonderen ökologischen Aspekte hervorzuheben. Die erfindungsgemäß verwendete Elektrofilterasche ist ein Abfallprodukt aus Kohlekraftwerken. Die Formmasse kann nach ihrer Verwendung problemlos als Bauschutt entsorgt und auch zum Teil recycelt werden. Im übrigen ist die erfindungsgemäße Formmasse faserfrei und dürfte damit außerhalb des Verdachtes der Krebserregung liegen. Schließlich ist zu der eigentlichen Herstellung der erfindungsgemäßen Formmasse bzw. des Dämmstoffes keine gesonderte Energiezuführung notwendig.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung einer anorganischen Formmasse, die Tonerdezement, Elektrofilterasche aus Kohlekraftwerken, Wasser sowie 20 bis 60 Gew.-% Blähglas als Füllstoff enthält, wobei der Tonerdezement, die Elektrofilterasche und das Wasser vermischt werden, und diesem Gemisch das Blähglas und gegebenenfalls weitere Additive zugesetzt werden.

Im einzelnen läßt sich zu dem Herstellungsverfahren bemerken, daß zuerst die Trockenkomponenten Tonerdezement und Elektrofilterasche einige Minuten gut vermischt werden und sodann das Wasser zugegeben wird, wodurch eine Schlämme entsteht. Danach wird das Blähglas zugegeben und die Formmasse solange gemischt bis alle Blähglaskugeln von der Schlämme umhüllt sind. Das Gemisch wird dann in einen Behälter bzw. eine Form gegossen bzw. gespritzt, wo es aushärtet.

Die Viskosität der Formmasse kann durch die Erhöhung der Wassermenge reduziert werden. Da eine erhöhte Menge Wasser den Härtungsprozeß und meist auch die Endhärte negativ beeinflußt, werden zur Erhöhung der Fließfähigkeit der Formmasse bevorzugt Verflüssiger in Form von Tensiden zugegeben.

Für gewisse Fälle, wenn z. B. ein schnelles Entleeren von Formen gewünscht wird, wird der Masse ein Härtungsbeschleuniger auf Wasserglasbasis in der Größenordnung von 0,5 bis 1 Gew.-% der Mischung zugegeben.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Formkörper, der durch Ausformen aus einer anorganischen Formmasse, die Tonerdezement, Elektrofilterasche und 20 bis 60 Gew.-% Blähglas als Füllstoff enthält und anschließendem Härten dieser Formmasse hergestellt wird.

Das Herstellen der Formkörper geschieht bevorzugt durch Ausgießen der Formmasse in einen Behälter bzw. in eine Form. Es ist auch möglich, die Formmasse aus dem Mischbehälter mit Hilfe von Luft herauszublasen und so Behälter und Formen zu füllen. Außerdem kann die Formmasse auch durch Blasen an Decken, Wände und Pfeiler gebracht werden. Dadurch lassen sich in handwerklich einfacher Form Isolierschichten herstellen. Im übrigen ist es möglich, auch mehrere Lagen übereinander zu spritzen.

Beim Spritzen der Formmasse an Decken und Wände werden bevorzugt tixotrope Additive wie Bentonite verwendet. Damit wird das Ablaufen der Formmasse verhindert.

Soweit es erforderlich ist, kann die Oberfläche der ausgehärteten Formmasse noch bearbeitet werden, z. B. durch Sägen, Schleifen, Fräsen, Bohren. Im übrigen ist es möglich, defekte Stellen einfach mit der Formmasse auszubessern.

Es ist möglich, den erfindungsgemäß erstellten Formkörper relativ groß herzustellen und anschließend daraus durch Sägen Dämmplatten herzustellen. Außerdem ist es möglich, aus dem Formkörper geometrisch komplizierte Teile durch Drehen und Fräsen zu erstellen.

Die erfindungsgemäße Elektrofilterasche aus Kohlekraftwerken hat einen relativ geringen Anteil an Al₂O₃, größenordnungsgemäßig von 30 Gew.-%, was den Erweichungspunkt der ausgehärteten Formmasse niedrig hält. Tritt jedoch an die Stelle von Elektrofilterasche Schamottemehl mit höherem Al₂O₃ Gehalt, größenordnungsmäßig von 30 bis 50 Gew.-%, so kann der Schmelzpunkt der ausgehärteten Formmasse auf ca. 1150°C erhöht werden.

Somit ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine anorganische Formmasse, die 10 bis 50 Gew.-% Tonerdezement, enthaltend 15 bis 45 Gew.-% CaO und 30 bis 85 Gew.-% Al₂O₃, 5 bis 40 Gew.-% Schamottemehl, enthaltend 30 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 45 Gew.-% Al₂O₃ sowie 20 bis 60 Gew.-% Blähglas als Füllstoff enthält.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele im einzelnen dargestellt.

Beispiel 1

72 g Tonerdezement und 48 g Elektrofilterasche werden mit 4 g Härtungsbeschleuniger ca. 2 Minuten lang gut vermischt. Dazu werden 104 g Wasser mit 4 Tropfen Netzmittel gegeben und gemischt. In die Schlämme werden 100 g Blähglaskugeln der Körnung 2-4 mm und 32 g Blähglaskugeln der Körnung 0,5-1 mm gegeben und solange gemischt bis ein homogenes Gemisch entstanden ist. Sodann wird die Masse in eine ca. 0,5 l große, einfach konfigurierte Form gegossen.

Die Masse ist einerseits feinkörnig genug um die feinen Konturen der Form auszufüllen, andererseits ausreichend fließfähig. Durch den relativ hohen Gehalt an Härtungsbeschleuniger härtet die Masse schnell und kann nach 25 min. entleert werden.

Beispiel 2

60 g Tonerdezement und 60 g Schamottemehl werden ca. 2 min. lang gut vermischt. Sodann werden 76 g Wasser zugegeben und die Masse gemischt. In die Schlämme werden 100 g Blähglaskugeln der Körnung 2-4 mm gegeben und solange gemischt bis ein homogenes Gemisch entstanden ist. Dies wird in ein Gefäß gegossen und leicht zusammengedrückt.

Die Masse härtet in wenigen Tagen aus. In einem Silitstab-Kammerofen wird die ausgehärtete Formmasse auf thermische Belastbarkeit hin untersucht. Es ergibt sich: 1150°C erste Veränderungen an der Oberfläche des Musters; 1200°C erste sichtbare Erweichungen; 1250°C Zusammenbruch des Musters.

Beispiel 3

Es wird ein Modell eines Rolladenkastens im Maßstab von ca. 1 : 3 gegossen. Zuerst werden 252 g Tonerdezement, 168 g Elektrofilterasche und 17 g Härtungsbeschleuniger ca. 3 min. lang vermischt. Dazu werden 380 g Wasser mit 14 Tropfen Netzmittel gegeben. Abschließend werden 390 g Blähglas der Körnung 1-2 mm zugemischt. Die Masse wird in das Modell gegossen.

Die Masse ist einerseits feinkörnig und hat andererseits einen relativ hohen Anteil an Schlämme. Daraus resultiert eine relativ hohe Endhärte. Im übrigen ist die Masse gut fließfähig und füllt die Form sauber aus. Bedingt durch den hohen Anteil an Härtungsbeschleuniger kann das Formstück nach 90 min. entleert werden.

Beispiel 4

Es wird ein Quader mit einem Rauminhalt von ca. 45 l erstellt, aus dem später Muster-Dämmplatten gesägt werden. Die Rezeptur ist 4,1 kg Tonerdezement, 2,7 kg Elektrofilterasche, 90 g Härtungsbeschleuniger, 5,9 kg Wasser mit 2 g Netzmittel, 6,3 kg Blähglas der Körnung 4-8 mm, 3,2 kg Blähglas der Körnung l-2 mm. Das Mischen erfolgt in derselben Weise wie bei den vorherigen Beispielen.

Da sich bei dem Gießen der relativ leichten Formmasse aus geringer Höhe verhältnismäßig viel größere Luftnester in der endgültigen Formmasse einstellen, die die Isolierfähigkeit ungünstig beeinflussen, wird die Rohmasse aus einer Höhe von ca. 2 m in das Gefäß gegossen. Es entsteht ein nahezu luftnesterfreies Material, das gute Dämmwerte erwarten läßt.

Beispiel 5

Es wird ein Spritzversuch an einer steilen Wand mit einer Spritzmaschine gefahren. Die Rezeptur der ca. 100 1 großen Charge ist 8,4 kg Tonerdezement, 5,6 kg Elektrofilterasche, 420 g Härtungsbeschleuniger, 10,7 kg Wasser, 4,6 g Netzmittel, 11,6 kg Blähglas der Körnung 4-8 mm, 6 kg Blähglas der Körnung 1-2 mm. Hinzu kommen 325 g Tixotropie-Additiv, um die Haftung an der Wand zu garantieren. In den rotierenden Mischer werden gegeben: das Blähglas der Körnung 4-8 mm, etwa die Hälfte des Wassers mit Netzmittel, das Blähglas mit der feinen Körnung, die vorgemischte Pulvermischung und abschließend die zweite Hälfte Wasser.

Im Gegensatz zur Formmasse gemäß Beispiel 3 weist diese Mischung einen hohen Anteil an Bindematerial im Verhältnis zum Blähglas auf und einen leicht reduzierten Anteil der groben Blähglasfraktion. Das Material erweist sich als gut zu spritzen an die Wand. Der Rückprall liegt beim ersten Versuch bei 20-30%, das Material haftet ausgezeichnet und hat nach 10 min. eine Härte erreicht, die ein weiteres Überspritzen möglich macht.

Claims (8)

1. Anorganische Formmasse enthaltend

• a) 10 bis 50 Gew.-% Tonerdezement, enthaltend 15 bis 45 Gew.-% CaO und 30 bis 85 Gew.-% Al₂O₃,
• b) 5 bis 30 Gew.-% Elektrofilterasche aus Kohlekraftwerken sowie
• c) 20 bis 60 Gew.-% Blähglas als Füllstoff.

2. Anorganische Formmasse enthaltend,

• a) 10 bis 50 Gew.-% Tonerdezement, enthaltend 15 bis 45 Gew.-% CaO und 30 bis 85 Gew.-% Al₂O₃,
• b) 5 bis 40 Gew.-% Schamottemehl, enthaltend 30 bis 50 Gew.-% Al₂O₃ sowie
• c) 20 bis 60 Gew.-% Blähglas als Füllstoff.

3. Anorganische Formmasse nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend weitere Füllstoffe und Additive.

4. Anorganische Formmasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Blähglas 30 bis 40 Gew.-%, insbesondere 35 Gew.-% beträgt.

5. Formkörper, welcher durch Ausformen aus einer anorga­ nischen Formmassen nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 4 und anschließendem Härten dieser Formmasse hergestellt wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, worin der Tonerdezement und die Elektrofilterasche oder das Schamottemehl mit Wasser vermischt werden, und diesem Gemisch das Blähglas zugegeben wird.

7. Verwendung der Formmasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Dämmstoff.

8. Verwendung der Formmasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Baustoff, insbesondere von Rolladenkästen.