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Verfahren zur Herstellung hydrosilikatgebundener Formkörper Die Erfindung
betrifft die Herstellung hydrosilikatgebundener Formkörper, d.h. solcher, bei denen
die Bindung durch ein aus wenigstens zwei Komponenten gebildetes Bindemittel, Kalk
oder kalkhaltige, bindend wirkende Stoffe einerseits, kieselsäurehaltige Rohstoffe
anderseits, beide imZustande feiner Verteilung, erfolgt.
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Bei der Herstellung solcher hydrosilikatgebundener Formkörper; die
gleichzeitig große Festigkeit, Dichtigkeit und gute Abnutzungsfestigkeit besitzen
sollen, z. B. bei Rohren, überwölbten Wasserabzügen, Trottoirplatten, Kantsteinen,
Stufen usw., ist die größte. Schwierigkeit, in der Formmasse eine genügend innige
Mischung zwischen den beiden fein verteilten Komponenten. des Bindemittels, kalkhaltigem
und kieselsäurehaltigem Material, zu erhalten. Im allgemeinen ist es notwendig,
das kalkhaltige Material, das aus Portlandzement, Schlackenzement, gelöschtem Kalk,
hydraulischem Kalk . u. dgl. bestehen kann, mit dem kieselsäurehaltigen Stoff, z.
B: fein gemahlenem Sand, Ton, Si-Stoff, Traß u. dgl., in trockenem Zustande durch
längeres Zusammenmahlen in einer Kugelmühle o. dgl. zu mischen.
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Durch einen solchen umständlichen Aufbereitungsprozeß für das Bindemittel
wird die Wirtschaftlichkeit derErzeugnisse, die-außerdem einer hydrothermalen Druckbehandlung,
z. B. einer Dampfhärtung bei 3 bis 2o atü, unterworfen werden, in Frage gestellt,
und zwar im Vergleich mitErzeugnissen, die ohne eine solche Behandlung, z. B. mit
-Portlandzement als Bindemittel, gewonnen werden. Da indessen die hydrothermale
Behandlung durch die dabei erfolgende Hydrosilikatbildung Erzeugnisse mit Festigkeiten
zu erzielen gestattet, die sonst nicht zu erreichen sind, wurde nach Mitteln und
Wegen gesucht, eine einfachere und wirtschaftlichere Arbeitsweise zu finden, die
eine innige Mischung der Hydrosilikat bildenden Komponenten, gleichzeitig eine zweckmäßige
Verteilung dieser in eventuell noch vorhandenem gröberem Zusatzmaterial (Kies, Sand,
Steine) ermöglicht, um eine Formmasse zu erhalten, die so dicht wie möglich und
in einer für die hydrothermale Behandlung geeigneten Konsistenz gehalten ist.
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Es wurde nun gefunden, daß man den Aufbereitüngs- bzw. Mischprozeß
dadurch erheblich erleichtern kann, daß man mit großen Wassermengen, z. B. 5o bis
zoo Gewichts-. Prozent der Bindemittelmenge, arbeitet. Man kann dann die Mischung
der Bindemittelkomponenten und die geeignete Verteilung des Bindemittels in dem
Zusatzmaterial in einem Arbeitsgang durchführen.
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Da indessen Dichte und Festigkeit, insbesondere Abnutzungsfestigkeit,
in engem Zusammenhang mit dem Wassergehalt der Mischung stehen, und zwar in der
Weise, daß
bei möglichst geringem Wassergehalt in der geformten
Masse die besten Resultate erhalten werden, ergibt sich die entgegengesetzte Forderung,
den Wassergehalt der geformten Produkte soweit wie möglich zu erniedrigen.
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Erfindungsgemäß werden die zu verformenden Massen unter Anwendung
großer Wassermengen hergestellt. Auch das Formen erfolgt in Gegenwart einer verhältnismäßig
großen Wassermenge. Ein mehr oder weniger großer Teil des in der Masse enthaltenen
Wassers wird jedoch entfernt, bevor die hydrothermale Behandlung vorgenommen wird.
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Überraschenderweise wurde gefunden, daß trotz der großen-Neigung der
kolloidartigen bzw. gelbildenden Bestandteile solcher Formmassen, wie Ton, Zement,
fetter Kalke, fein verteilter Kieselsäure u. dgl., das in der Formmasse enthaltene
Wasser zurückzuhalten, ein beträchtlicher Anteil entfernt werden kann, wenn die
Masse einem Schleudern oder Schütteln (Vibrieren) unterworfen wird, was bei Kalksandsteinmassen
bekannt ist, die nicht mit besonderem Überschuß an Wasser hergestellt werden.
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Versuche haben gezeigt, daß wahrscheinlich der Einfluß der schmierenden
Wirkung, die-die Gele, Kolloide bzw. Kleinpartikel auf die ganze Masse bei diesem
verhältnismäßig hohen Wassergehalt ausüben, einerseits in besonders vorteilhafter
Weise die innige Mischung miteinander und mit dem Zusatzmaterial gewährleistet,
anderseits die mechanische Beeinflussung die Abtrennung des Wassers ermöglicht,
so daß der endgültige Formkörper einen für die hydrothermale Behandlung günstigen
niedrigen Wassergehalt erhält.
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Welche der vorerwähnten Behandlungsweisen für die Abtrennung eines
Teiles des Wassers zu wählen ist, hängt von verschiedenen Umständen ab. Als allgemeine
Regel gilt, daß Schleudern in jedem Falle gute Ergebnisse zeitigt, während Schütteln
(Vibrieren) nur bei Bindemitteln gewisser Art zu empfehlen ist. Bestimmte Bindemittelkombinationen
liefern beim Schleudern die besten Resultate. Hierbei wird die Masse durch die Zentrifugalkraft
gegen eine äußere, gewöhnlich zylindrische Form gedrückt. Der Grad der Zusammendrückung,
der hierbei zu erhalten ist, ist dabei außer von der Korngrößenverteilung des Steinmaterials
in hohem Grade auch von der Kornform bzw: den Reibungen zwischen den gröberen Teilchen
der Masse abhängig, wobei die Stärke der Reibung ihrerseits wieder von dem Bindemittel
abhängt.
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Beispielsweise sei folgender Versuch erwähnt: Geschleuderte Rohre,
2,o m Länge, goo mm Durchmesser, Wandstärke 65 mm, wurden mit verschiedenen Bindemitteln
und körnigem Material der Größe o bis 15 mm in auf dichte Lagerung abgestimmter
Mischung hergestellt. Dabei zeigte sich, daß bei Verwendung von Portlandzement als
Bindemittel das Verhältnis Bindemittel zu -Kornmaterial am zweckmäßigsten zwischen
i : 5 bis i : 6 liegen muß. Das gleiche Verhältnis erwies sich zweckmäßig beim Arbeiten
mit einem Monosilikat-Beton-Bindemittel, aus.5o°/o Portlandzement und 5o'/, fein
gemahlenem Sand bestehend. Dabei war der Sand zu derselben Feinheit wie der Zement
vermahlen. Bei Benutzung eines Bindemittels aus 5o0/, Portlandzement und 4o1/0 gewöhnlichem
Ton konnte die Bindemittelmenge bis auf i : io bis i : 1 i vermindert werden, und
trotz der bedeutend mageren Mischung als in den beiden vorgenannten Fällen waren
die Rohre sowohl an Festigkeit als auch an Dichte den anderen weit überlegen.
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Dieses gute Ergebnis muß der kleineren Reibung zwischen den Steinen
zugeschrieben werden, *ahrscheinlich der äußerst feinen Korngröße der Tonpartikel,
die ja vielmals kleiner als z. B. Zementpartikel sind.
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Anstatt gewöhnlichen Tones, der ungebrannt sein soll, können auch
andere kieselsäurehaltige Stoffe in ähnlicher Korngröße, z. B. Kaolin, Si-Stoff
usw., benutzt werden. Ähnliche Resultate werden bei Verwendung von Weißkalk an Stelle
von Zement, auch in Verbindung mit gemahlenem Sand, erzielt, weil doch die Korngröße
des Kalkes bedeutend kleiner als die des Zementes ist, wodurch also die Reibung
vermindert wird.
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Zu erwähnen ist noch, daß in sämtlichen Fällen mit einem Wasserzementfaktor
von o,9 bis 1,2 gearbeitet wird.
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Das Verfahren ist in erster Linie für die -Herstellung von Rohren
und ähnlichen Körpern bestimmt. Es ist jedoch mit gleichem Vorteil auch für die
Herstellung von Platten, z. B. Gehsteigplatten usw.,- oder anderen Körpern, von
denen hohe Abnutzungsfestigkeit gewünscht wird, anwendbar. Bezüglich der Form der
Platten bestehen keinerlei Grenzen. Zur Herstellung können sie z. B. in ein rundes
oder der Form und Größe der Platten angepaßtes Rohr mit einem vieleckigen Querschnitt
eingebracht werden, z. B. ein solches mit 6, 8, io, 12 oder mehr Seiten, oder peripherisch
auf einer rotierenden Scheibe aufgestellt werden. Es hat sich ergeben, daß derartige
Platten bedeutend wirtschaftlicher hergestellt werden können als z. B: hydraulisch
gepreßte, wobei außerdem die Platten eine größere Festigkeit als die letztgenannten
aufweisen. Vorteilhaft wird bei der letztgenannten Arbeitsweise derTon derMischung
in Form eines Lehmbreies eingebracht, d. h.
Ton wird mit Wasser
durch Rühren o. dgl. aufgelöst.
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Unter Umständen kann die Homogenität der Mischung dadurch verbessert
werden, daß der Kalk oder das kalkhaltige Bindemittel und der Lehmbrei erst zu einem
dünnen Brei gemischt werden.
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Schütteln (Vibrieren) ist besonders vorteilhaft bei solchen Mischungen,
die als Bindemittel Zement und gemahlenen Sand, z. B. 15 bis 6o0/0 Zement und 85
bis 4o0/0 gemahlenen Sand, enthalten. Es ist empfehlenswert, den Sand nicht zu fein
zu mahlen. Er soll möglichst nicht feiner als der Zement sein. Entsprechend der
Mahlfeinheit und dem Mischungsverhältnis erhält die Mischung aus körnigem Material
und Bindemitteln eine für Schütteln geeignete Konsistenz bei Benutzung einer Wassermenge
von etwa 5o bis 65 °/o der Bindemittelmenge. Das nachfolgende Schütteln (Vibrieren)
verdichtet dann die Masse überraschend schnell unter gleichzeitiger Entfernung des
Wassers, und die durch hydrothermale Behandlung erhaltenen Erzeugnisse zeichnen
sich durch hervorragende Dichte, Festigkeit und Abnutzungswiderstand aus.
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Die guten Eigenschaften der Produkte können bedeutend erhöht werden
durch bekannte Zusätze von Chloriden, z. B. Calciulnchlorid, Natriumchlorid, Eisenchlorid
oder anderen Calciumsalzen, durch Wasserglas usw. Diese Zusätze ermöglichen auch
eine Verminderung der Härtungszeit. Calciumchlorid wirkt, ebenso wie andere hygroskopische
Salze, einer schädlichen Austrocknung vor der Härtung entgegen. Auch ein Zusatz
von Zucker bedeutet eine Verbesserung, da hierdurch die Plastizität der Masse erhöht
wird. Die Menge dieser Zusätze ist im allgemeinen gering; beispielsweise reichen
0,5 bis 5 % der Bindemittelmenge aus.