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-Verfahren zur Herstellung hydrosilicatgebundener Formkörper Die Erfindung
bezieht sich auf die Herstellung von hydrosilicatgebundenen Formkörpern. Diese bestehen
zum Hauptteil aus grobem Material, wie Sand, Kies o. dgl. Es können sogar Steinbrocken,
Ziegelbruch, Steinabfall, Bims, stückige oder körnige Schlacke oder ähnliches als
Grundmasse benutzt werden. Diese Grundmasse wird von einem Bindemittel zusammengehalten,
das aus Hydrosilicaten besteht, die während der hydrothermischen Behandlung, z.
B. mittels Erwärmung durch strömenden Dampf, auf eine Temperatur von etwa 15o° C
gebildet werden.
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Erfindungsgemäß besteht die Bindemasse in ursprünglichem Zustände
aus einem innigen Gemisch von Hydroxyden, wie Ca(OH)2, Mg(OH)2, fein verteiltem
kieselsäurehaltigem Rohstoff und Wasser, und durch die hydrothermische Behandlung
werden die Bestandteile dieser Mischung zur Reaktion aufeinandergebracht.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen
Kieselsäurerohstoff mit verschiedenen Körnungen Anwendung finden sollte. Ein Verfahren
geht beispielsweise von Tuff, vulkanischen Aschen, Bims u. dgl. in verschiedenen
Körnungen aus. Nach einem andern Vorschlag wird mit einer gröberen Körnung gearbeitet,
die z mm nicht übersteigt, und diese soll bis zu 213 des Volumens mit Körnungen
vermischt werden, die eine Feinheit des 5ioo- bis 6ooo-'VIaschen-Siebes besitzen.
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Nach diesen älteren Vorschlägen wird stets auf eine möglichst große
Dichte hingearbeitet, und dazu werden auch entsprechende Formgebungsmaßnahmen vorgeschlagen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei der Herstellung
von Kunststeinen, die durch Hydrosilicatbildung verfestigt werden, eine besondere
Schwierigkeit besteht. In dem Bindemittel tritt während der thermischen Behandlung,
z. B. der Dampfhärtung, gleichzeitig eine Quellung durch Übergang des Hydrosilicats
in ein Gel ein. Dies gilt insbesondere, wenn das Bindemittel aus Oxyden oder Hydroxyden
der obengenannten Metalle, z. B. Calcium, in inniger Mischung mit fein verteiltem
Kieselrohstoff, z. B. Sand, besteht. Dadurch entstehen Spannungen, die im Formkörper
zur Rissebildung u. dgl. führen.
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Geht man aber auf eine geringe Dichte und gute Isolierfähigkeit aus,
so sind diese Eigenschaften bisher nur durch verhältnismäßig große und ungleichmäßig
verteilte Hohlräume im Erzeugnis erreichbar gewesen, wodurch ebenfalls die mechanische
Festigkeit erheblich herabgesetzt wird.
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Durch die Erfindung wird nun ein Weg gewiesen, auf welchem die Herstellung
hydrosilicatgebundener Kunststeine möglich ist, die sich durch besonders hohe mechanische
Festigkeit
und Widerstandsfähigkeit gegen Deformationen auszeichnen; die überaus wirtschaftlich
herzustellen sind und die vor allem eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Korro-5
sion besitzen. Für das Verfahren der Erfindung werden billige und überall-leicht
erhältliche Rohmaterialien verwendet. Ein besonderer Vorzug ist auch der, daß die
Verformung der Masse ohne Anwendung erheblicher mechanischer Kräfte erfolgen kann.
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Dieser Erfolg wird erreicht durch Abstufung der Teilchengröße des
groben Zusatzmaterials, bestehend aus Kies, Brocken von natürlichen oder Kunststeinen
'o. dgl., in der Weise, daß wohl ein hinreichender"Zwischenraum zwischen den einzelnen
Partikeln vorhanden ist, um die. Quellung der Bindemttelmischung während der Wärmebehandlung
zu gestatten.. Dadurch hat das Bindemittel die Möglichkeit, sich derart zu verteilen,
daß die groben Bestandteile der Masse zu-einem Erzeugnis der gewünschten Festigkeit
und. Dichte verbunden werden.
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Gemäß der Erfindung wird-zunächst einmal das grobe Material in seiner
Körnung so eingestellt, däß es für sich allein 5o bis 8o % des Raumes einnimmt.
Es wird also im allgemeinen mit einem besonders abgestimmten Gemisch mehrerer Körnungen
gearbeitet, z. B. unter Berlutzüng'der Fuller-Kurve. Vorzugsweise soll der Füllstoff
6o1/0, der Hohlraum also 4o0/, des Volumens einnehmen. Ferner wird als Bindemittel
ein inniges Gemisch von Hydroxyden, wie Ca(OH)2, Mg (0H)2, fein verteiltem
kieselsäurehaltigem Rohstoff und Wasser benutzt. Schließlich wird das Volumen des
Bindemittels so bemessen, daß es, trocken gerechnet, höchstens 6o0/, des Hohlraumv
olumens ausfüllen und außerdem die Oberfläche des groben Materials in einer Stärke
von bis zu etwa 7'/20%o des mittleren Korndurchmessers überziehen kann. Für das
Bindemittel gilt dabei die besondere Regel, daß zweckmäßig die kieselsäurehaltige
Komponente zu wenigstens 8o1/0 aus Anteilen besteht, die feiner als das ro ooo-Maschen-Sieb
sind. Im allgemeinen geht der Anteil kieselsäurehaltiger Rohstoffe vollkommen durch
ein Sieb von 5ooo Maschen/qcm. Das Bindemittel kann auch Ton enthalten.
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Um die besten Eigenschaften des Bindemittels sowie des Enderzeugnisses
zu erhalten, hat- es sich als wertvoll erwiesen, die Zusammesetzung .des Bindemittels.
so zu wählen, daß während der hydrothermischen Behandlung in der Bindemasse hauptsächlich
oder wenigstens zu 6o °/o Monocalciumhydrosilicat gebildet wird und daß möglichst
kein überschuß an freiem Hydroxyd, anderseits nicht mehr als 25 °/0 freies Si 02,
berechnet auf den Gesamtgehalt von Si O@ -des- Bindemittelgemisches, vorhanden ist.
Vorzugsweise soll stets der Gehalt an Magnesiumhydrosilicat geringer sein.
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Das für die Bereitung der zu verformenden Mischung nötige Wasser kann
vor, -während oder nach der Vereinigung von Bindemittelgemisch mit grobem Zusatzmaterial
der Masse einverleibt werden.- Die Menge des Wassers ist dem Bindemittel insoweit
anzupassen, daß das sich bei der hydrothermischen Behandlung bildende Hydrosilicat
nach Trocknung stets ein höheres Raumgewicht als o,2 erhalten würde, vorzugsweise
ist auf ein Bindemittel mit einem Raumgewicht von o,5 bis r in getrocknetem Zustande
hinzuarbeiten. Die Verformung der Masse kann in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise
durch Pressung, wozu im allgemeinen geringe Drücke ausreichen, oder auch, und zwar
mit besonderem Vorteil, durch Vergießen in entsprechend gestaltete Formen.
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Für die- Herstellung von Röhren aller Art oder auch anderen Erzeugnissen,
die bei der Verwendung dem korrodierenden Einfluß chemischer Substanzen, z. B..
auch C02 haltigen fließenden Wassers, ausgesetzt werden, ist es besonders wichtig,
die Einzelbestandteile des Bindemittels so auszuwählen sowie die thermische Behandlung
so zu führen, daß das Bindemittel zum weitaus überwiegenden Teil oder wenigstens
zu 6o"/, aus Monocalciumhydrosilicat besteht. Gerade diese Verbindung besitzt eine
besonders gute Widerstandsfähigkeit gegen die korrodierenden Einflüsse.
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Zum Zwecke der Erhöhung der Festigkeit der Erzeugnisse sowie zur Erleichterung
der Verarbeitung haben sich Zusätze von gewissen löslichen ioder kolloidalen Substanzen
anorganischer oder organischer Natur in kleinen Mengen zu der Mischung bzw. zu -
verformenden Masse als zweckmäßig erwiesen. Solche Zusätze sind beispielsweise:
Chloride oder Nitrate der Alkalien oder Erdalkalien, i Zucker, Gelatine, Leim o.
dgl., die jeweils entweder für sich allein oder in Mischung miteinander benutzt
werden können. Der günstige Einfluß dieser Zusätze ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen,
daß die Anteile der Bindemittelmischung zu einer Steigerung der Reaktionsfähigkeit
angeregt werden bzw..daß das Hydrosilicat eine mehr mikrokristalline Struktur erhält.
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Bei der Herstellung von Kalksandsteinen ist ein Zusatz von Chloriden,
Zucker o. dgl. zum Zwecke der Erzielung einer besserenAblöschung des Kalkes bereits
bekannt.
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Es mußte jedoch überraschen, daß derartige Zusätze bei der Herstellung
betonartiger Formkörper gemäß der Erfindung die Verarbeitung der Masse erleichtern
bzw. vereinfachen
und Erzeugnisse von beträchtlich gesteigerter
Festigkeit liefern.
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Die Verfestigung der Körper soll, wie oben ausgeführt, auf hydrothermischem
Wege erfolgen. Die Umsetzung kann beispielsweise in überhitztem strömendem Dampf
abgeschlossen werden, um dabei gleichzeitig einen etwaigen Wasserüberschuß abzutreiben.
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Folgendes Ausführungsbeispiel veranschaulicht das Verfahren gemäß
der Erfindung: Grobe Stoffe, bestehend aus Kies und Sand, nach der Fuller-Kurve
abgestuft, werden mit einem Bindemittel vermischt, das aus 4o1/0 gebranntem Kalk,
6o0/, Quarzsand, der zu einer solchen Feinheit gemahlen ist, daß er völlig durch
das 5ooo-Maschen-Sieb und zu 8o 0/0 durch das io,ooo-Maschen-Sieb hin-. durchgeht,
besteht. Für jedes Kubikzentimeter des Enderzeugnisses werden 5oo kg der trockenen
Bindemittelmischung und 1-5 kg Wasser genommen. Dazu werden 2 kg Zucker und 7,5
kg Calciumchlorid zugesetzt. Die Masse wird innig gemischt, in Formen gefüllt und
gestampft.
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Darauf wird 9 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 18o0 C mit
strömendem Dampf gehärtet. Das Erzeugnis besitzt eine Druckfestigkeit von 77o kg/cm'
und eine Zugfestigkeit von 6o kg/cm'.
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Eine Probe des Erzeugnisses wurde fein vermahlen und mit Wasser bis
zum völligen Herauslösen aller löslichen Bestandteile behandelt. Es ergab sich ein
Gewichtsverlust. von nur o,80/" bezogen auf das Trockengewicht des obengenannten
Bindemittels.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung liefert also außerordentlich hochwertige
Erzeugnisse, die sich u. a. durch verhältnismäßig geringes Raumgewicht, gute wärmeisolierende
Eigenschaften, hohe mechanische Festigkeit, hohe Raumbeständigkeit auszeichnen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß keine höheren Temperaturen
oder Drücke anzuwenden sind. Für die thermische Behandlung genügen im allgemeinen
Temperaturen von -ioo bis 2oo° C, um eine völlige Erhärtung in weniger als 24 Stunden
herbeizuführen.
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Die Erfindung ist hauptsächlich für die Herstellung von Kunststeinen,
Platten, Röhren aller Art bestimmt. Sie kann jedoch auch für die Bereitung beliebiger
anderer Erzeugnisse verwendet werden.