DE69013605T2 - Ein zerkleinertes Polystyrol-Aggregat enthaltende Zementzusammensetzungen. - Google Patents

Description

• Im Laufe der Errichtung von Stahlstrukturen wird üblicherweise eine dicke Beschichtung aus anorganischem Material auf die metallischen Strukturelemente aufgebracht, um eine Reihe von Aufgaben zu erfüllen, einschließlich Feuerhemmung, verbessertes Aussehen und Schalldämfung. Während verschiedene Arten von Formulierungen über Jahre unter Zuhilfenahme einer Vielfalt von Verfahrensweisen für diese Zwecke verwendet worden sind, besteht ein erfolgreiches System aus dem Aufsprühen von abbindungsfähigen, wäßrigen Mischungen auf die Strahloberflächen, wobei diese Mischungen im wesentlichen aus calciniertem Gips, leichtgewichtigem, anorganischem Aggregatmaterial wie entschichtetem Vermikulit, einer Mischung aus faserigen Materialien wie naß starkquellender Cellulosefaser und Glasfaser und Porenbildner bestehen. Eine Zusammensetzung dieser Art wird von Bragg in den US-A- 3 719 513 und 3 839 059 zusammen mit der am meisten wünschenswertesten Anwendungstechnik beschrieben, d.h. dem Pumpen der wäßrigen Mischung und dem Aufsprühen der wäßrigen Mischung direkt auf den Stahl in einer Schicht.
• Um für eine solche Verwendung geeignet zu sein, müssen Beschichtungsmischungen sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand eine Reihe von kritischen Eigenschaften besitzen. Sie müssen in der Lage sein, die große Menge Wasser zu halten, die sie in die Lage versetzt, leicht und in große Höhen gepumpt zu werden. Dabei müssen sie jedoch eine Konsistenz behalten, die ausreichent, um eine Absonderung/Trennung oder ein Absetzen von Bestandteilen zu verhindern und eine ausreichende "Ausbeute" oder Bedeckung auf der Stahloberfläche bei einer vorgegebenen Dicke zu erlauben. Die Beschichtungsmischungen müssen ferner naheliegenderweise sowohl im aufgeschlämmten als auch im trockenen Zustand an Stahloberflächen haften. Die Mischung muß auch abbinden, ohne von Expansion oder Schrumpfung abhängig zu sein, die nur zur Bildung von Rissen führen und den Isolationswert der trockenen Beschichtung erheblich beeinträchtigen würden.
• Wie früher beschrieben worden ist, ist dieses komplexe Gleichgewicht von Eigenschaften bisher im wesentlichen durch Gips/Vermikulit-Mischungen erreicht worden, die cellulosische Fasern enthalten. Vermikulit ist jedoch ein natürlich vorkommendes Mineral, das hinsichtlich der Qualität, Konsistenz und Gleichförmigkeit einer Variation unterliegt. Da das Vermikulitmineral darüber hinaus vor der Verwendung bei sehr hohen Temperaturen expandiert werden muß, unterliegt sein Preis unvorhersagbaren Variationen in bezug auf Energiekosten.
• Eine Alternative zu den Gips/Vermikulit-Mischungen ist in der US-A-4 751 024 beschrieben, die auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist. Speziell werden sprühbare, zementartige Zusammensetzungen als feuerfest machende Zusammensetzungen für Strukturstahlelemente beschrieben, die zerkleinertes Polystyrol als ein leichtgewichtiges Aggregat enthalten.
• Eine Zusammensetzung, die zur Verwendung als oder zur Herstellung von einer abbindbaren, versprühbaren Zusammensetzung geeignet ist, umfaßt zementartiges Bindemittel und zerkleinertes Polystyrolaggregat und ist dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Polystyrol eine solche Teilchengrößeverteilung aufweist, daß ein Bereich von etwa 0 bis etwa 20 Gew.-% der Teilchen von einem Sieb mit einer Lochgröße von etwa 1,68 mm zurückgehalten wird und ein Maximum von etwa 40 Gew.-% der Teilchen durch ein Sieb mit einer Lochgröße von etwa 0,59 mm läuft und von einem Sieb mit einer Lochgröße von etwa 0,044 mm zurückgehalten wird.
• Das Sieb mit einer Lochgröße von etwa 1,68 mm ist ein Standard- Nr. 12 Sieb (Lochgröße 0,0661 inch). Das Sieb mit einer Lochgröße von etwa 0,59 mm ist ein Standard-Nr. 30 Sieb (Lochgröße 0,232 inch) und das Sieb mit einer Lochgröße von etwa 0,044 mm ist ein Standard-Nr. 325 Sieb.
• Die Erfindung umfaßt eine Trockenzusammensetzung, die hydratisierbares Bindemittel enthält, ihre Verwendung zur Bildung einer versprühbaren und abbindbaren Aufschlämmung, die eine an einem Stahlstrukturelement haftende Beschichtung bildet, die Aufschlämmung, das Verfahren zur Aufbringung der Aufschlämmung, die resultierenden Beschichtungen und die beschichteten Gegenstände.
• Es ist gefunden worden, daß eine gleichförmige Konsistenz und Qualität der Zusammensetzungen, definiert in Ausdrücken von Pumpbarkeit, Hängefähigkeit und Ausbeute, durch die definierte Auswahl der Größenverteilung des zerkleinerten, expandierten Polystyrols in dem Produkt erreicht werden können. Dies bedeutet, daß gefunden worden ist, daß das Ausmaß der "Zerkleinerung" von expandiertem Polystyrol das Wasserverhältniss, die Schüttdichte, die Pumpfähigkeit und die Ausbeute der zementartigen Zusammensetzungen beeinflußt. Die anhaftenden Zusammensetzungen liefern einen ausgezeichneten Feuerschutz und eine ausgezeichnete Wärmedammung für den Stahl, ungeachtet der organischen Natur des Polystyrolaggregats. Unter Feuertestbedingungen zeigt das Polystyrolaggegrat ein vorteilhaftes Verhalten in der Hinsicht, daß es schrumpft, schmilzt und im Endeffekt aus der Feuerschutzzusammensetzungsmatrix verschwindet, wobei eine gleichförmige Verteilung von Hohlräumen zurückbleibt, die der Matrix eine sehr niedrige effektive thermische Leitfähigkeit vermittelt. Dies wiederum erhöht die Effektivität der Matrix als Sperre für die Wärmeübertragung.
• Eine Reihe von Herstellungsparametern muß kontrolliert werden, um zerkleinertes, expandiertes Polystyrol innerhalb der Teilchengrößeverteilunggrenzen der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Eine Teilchengrößeverteilung, die zu viele feine oder zu viele große zerkleinerte, expandierte Polystyrolteilchen einschließt, verringert die gewünschten Eigenschaften der Zusammensetzung. Die wichtigen Parameter schließen ein: den Grad der Verschmelzung in einer Platte aus expandiertem Polystyrol, die als Ausgangsmaterial für das Aggregat verwendet wird, die Rate, mit der die Platte in den Zerkleinerer eingeführt wird, die Zerkleinerungsrotorgeschwindigkeit, die Rauhheit der Bürsten an dem Zerkleinerer und die Toleranz zwischen den Bürsten. Eine schnellere als die optimale Rotorgeschwindigkeit und/oder eine langsamere als die optimale Zuführungsgeschwindigkeit ergeben ein zerkleinertes, expandiertes Polystyrolprodukt, das zu fein ist. Im Gegensatz hierzu ergeben eine langsamere als die optimale Rotorgeschwindigkeit und/oder eine schnellere als die optimale Zuführungsgeschwindigkeit ein grobes Produkt. Eine schlechte Qualität der Platte aus expandiertem Polystyrol, d.h. eine Platte mit einem niedrigen Verschmelzungsgrad, ergibt ein groberes, "perlig" zerkleinertes, expandiertes Polystyrolprodukt, das die Vorteile der vorliegenden Erfindung mindert.
• Vorzugsweise umfassen die Zusammensetzungen auch porenbildendes Mittel. Vorzugsweise enthalten die Zusammensetzungen eine Faserkomponente. Vorzugsweise ist das zerkleinerte Styrol (und die Faser, falls vorhanden) im wesentlichen das einzige Aggregat in der Zusammensetzung. Das Polystyrol ist vorzugsweise expandiertes Polystyrol.
• Figur 1 ist eine Seitenansicht eines Zerkleinerungskastens zur Zerkleinerung von expandiertem Polystyrol auf eine Größenverteilung gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Figur 2 ist eine Vorderansicht einer Bewegungskappe zur Verwendung bei der Bestimmung der Teilchengrößeverteilung einer Probe.
• Die Figuren 2a, 2b und 2c sind schematische Darstellungen des Geräts zur Verwendung bei der Bestimmung der Teilchengrößeverteilung einer Probe.
• Figur 3 ist eine Aufsicht auf einen Teil des Geräts zur Verwendung bei der Bestimmung der Teilchengrößeverteilung einer Probe.
• Figur 4 ist eine schematische Ansicht der Gaszuführungsleitung, die in Verbindung mit der Vorrichtung zur Bestimmung der Teilchengrößeverteilung einer Probe verwendet wird, und
• Figur 5 ist eine graphische Darstellung einer Größenverteilung von erfindungsgemäßem, zerkleinertem, expandiertem Polystyrol.
• Das in den vorliegenden Zusammensetzungen verwendete Aggregat besteht aus zerkleinerten Polystyrolteilchen, die hergestellt werden können, indem lose, expandierte Polystyrolkügelchen zerkleinert werden, lose, expandierte Polystyrol"erdnüsse" (Verpackungsisolierung) zerkleinert werden, geformte Polystyrolplatten aus Kügelchen zerkleinert werden oder extrudiertes Polystyrol zerkleinert wird. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von geschäumtem Polystyrol sind in den US-A- 3 627 211 und 3 686 068 beschrieben, deren Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme darauf eingeführt ist. Wie in diesen Patenten beschrieben ist, weisen zerkleinerte Teilchen unregelmäßig geformte äußere Oberflächen, Tränen und zerklüftete Ränder auf. Der Zerkleinerungsvorgang öffnet eine beträchtliche Anzahl der Zellen an der Oberfläche der geschäumten Kügelchen, wodurch das zementartige Bindemittel in die zelluläre Struktur eindringen kann und eine integralere Mischung zwischen dem Bindemittel und dem Teilchen liefert.
• Eine besonders geeignete Zerkleinerungsvorrichtung für die vorliegende Erfindung kann anhand von Figur 1 beschrieben werden. Es ist ein Zerkleinerungskasten 40 gezeigt, der eine Kammer 75 definiert, die Trägerplatten 42 enthält. Runde Drahtbürsten sind an einem Schaft angebracht und mit einem Klebstoff an dem Schaft befestigt. Die Anordnung ist an einer Drehvorrichtung angebracht und der Außendurchmesser ist auf einen gleichförmigen Durchmesser geschnitten, d.h., die ungleich langen Borsten sind abgeschnitten und ein leichter Schnitt ist bei allen Borsten gemacht worden. Die Tiefe des Schnitts bei diesem Abschneiden (Trimmen) beträgt etwa 5,1 mm. Diese Abschneiden führt zu einem "Satz" in den Borsten.
• Die Rotorbürste 48 wird dann auf einem Schaft 50 in dem Kasten 40 montiert. Es wird eine Messung durchgeführt, die den Abstand des Rotorbogens vom Boden und der Rückwand des Kastens 40 ergibt. Statische (feste) Bürsten 45, 46 werden dann so geformt, daß sie diesem Bogen kriechschleifend angepaßt sind, wobei ein Oberflächenschleifer verwendet wird. Die Rotorbürste 48 wird aus dem Kasten 40 entfernt, die festen Bürsten 45, 46 werden auf den Trägerplatten 42 mit geeigneten Mitteln wie einem Klebstoff und/oder Mantelschrauben befestigt und die Rotorbürste 48 wird wieder an dem Schaft 50 montiert.
• Die Rotorbürste 48 ist strategisch in bezug auf die festen Bürsten 45, 46 so positioniert, daß sie die gewünschte Teilchengrößeverteilung des zerkleinerten Materials liefert. Die Toleranz zwischen der Rotorbürste und den festen Bürsten kann mit geeigneten Mitteln bestimmt werden wie durch Messung des benötigten Drehmoments, um die Rotorbürste 48 zu drehen. Speziell wird der den Schaft 50 antreibende Motor (nicht gezeigt) gestartet und die Stromentnahme am Motor gemessen. Wenn ein signifikanter Kontakt zwischen der Rotorbürste und den festen Bürsten besteht, ist der Strom groß. In einem solchen Fall kann die Rotorbürste 48 entfernt werden und die Borsten der festen Bürsten können mit einem Handschleifer beschnitten werden. Das Verfahren kann wiederholt werden, bis die gewünschte Toleranz zwischen der Rotorbürste 48 und den festen Bürsten 45, 46 erhalten wird. Vorzugsweise besteht kein oder nur ein geringer Kontakt zwischen der Rotorbürste und den festen Bürsten.
• Wenn der Strom einmal ein geeignetes Niveau erreicht hat, d.h. wenig oder keine Last, wird expandiertes Polystyrol durch Zuführungsrollen (nicht gezeigt) mit einer vorgegebenen Rate zugeführt und dann wird die Stromentnahme durch den Motor wieder beobachtet. Wenn der Strom ein vorgegebenes Niveau überschreitet, wird die Zerkleinerungsvorrichtung gestoppt und der "Satz" in den Rotorbürstenborsten wird freigemacht. Dies kann durch Handfeilung der Borsten bei manuellem Drehen der Rotorbürste 48 langsam in Betriebsrichtung der Rotation bewirkt werden. Dieses Verfahren wird über die gesamte Länge des Rotors durchgeführt.
• Die Zerkleinerungsvorrichtung wird durch drei separate Durchläufe mit expandiertem Polystyrol qualifiziert. Zerkleinertes, expandiertes Polystyrol aus jedem Durchlauf wird in Proben genommen und die Teilchengrößeverteilung wie unten beschrieben bestimmt. Wenn die Messungen die vorgegebenen Teilchengrößeverteilungsanforderungen erfüllen, ist die Zerkleinerungsvorrichtung qualifiziert. Wenn die Messungen die Teilchengrößeverteilungskriterien nicht erfüllen, kann der "Satz" der Rotorbürste 48 erneut justiert werden.
• Zusätzliche Drahtbürsten sind bei 55 vorhanden und mit einer Mantelschraube an einer Kopfplatte 56 befestigt. Die Borsten der Bürste 55 erstrecken sich abwärts, so daß sie in dichte Nähe zur Rotorbürste 48 gelangen. Ihre Funktion besteht darin, zu verhindern, daß Stücke von expandiertem Polystyrol die Auslaßöffnung 62 erreichen, bevor sie geeignet zerkleinert worden sind. es sind Saugmittel 60 wie einer Haube vorhanden, die mit der Kammer 75 über eine Öffnung 62 in der Kopfplatte 56 in Verbindung stehen. Die Saugmittel 60 sind mit der Saugseite eines Materialfördergebläses (nicht gezeigt) verbunden und führen die Teilchen ab, die durch die zuvor genannten Drahtbürsten zerkleinert worden sind. Ablenkplatten 65 und 67 helfen, die zerkleinerten Teilchen zu den Saugmitteln 60 zu dirigieren. Die Ablenkplatte 67 dient auch dazu, zerkleinerte Teilchen daran zu hindern, sich mit Rohmaterial, das durch die Zufuhröffnung 70 in den Zerkleinerungskasten 40 eingeführt wird, zu mischen.
• Geeignete Teilchengrößeverteilungen von zerkleinertem, expandiertem Polystyrol gemäß der vorliegenden Erfindung können als die Menge von Teilchen ausgedrückt werden, die von einem Standardsieb Nr. 12 (mit 1,679 mm Löchern) zurückgehalten wird, und die Menge Teilchen, die durch ein Sieb Nr. 30 (0,594 mm) läuft und von einem Sieb Nr. 325 (0,0432 mm) zurückgehalten wird. Ein Sieb Nr. 16 (mit 1,19 mm Löchern) kann ebenfalls zwischen dem Sieb Nr. 12 (1,679 mm) und dem Sieb Nr. 30 (0,594 mm) verwendet werden. Geeignete Mengen von Teilchen, die von einem Sieb Nr. 12 (1,679 mm) zurückgehalten werden, ausgedrückt als Gew.-%, betragen etwa 0 bis etwa 20 %, wobei etwa 0 bis etwa 10 % bevorzugt sind und weniger als etwa 8 % besonders bevorzugt sind. Geeignete Mengen von Teilchen, die durch ein Sieb Nr. 30 (mit 0,594 mm Löchern) laufen und von einem Sieb Nr. 325 (mit 0,0432 mm Löchern) zurückgehalten werden, sind weniger als etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als etwa 30 Gew.-%, wobei etwa 14 bis 20 % besonders bevorzugt sind. Die gewünschte Teilchenmenge, die von dem Sieb Nr. 12 (1,679 mm Löcher) zurückgehalten wird, hängt zum Teil von der Menge von Teilchen ab, die durch das Sieb Nr. 30 (0,594 mm Löcher) laufen und von dem Sieb Nr. 325 (0,0432 mm Löcher) zurückgehalten werden. Wenn die Menge der Teilchen, die von dem Sieb Nr. 12 (1,679 mm) zurückgehalten wird, kleiner als etwa 8 Gew.-% ist, ist es bevorzugt, daß die Menge der Teilchen, die durch das Sieb Nr. 30 (0,594 mm) laufen und von dem Sieb Nr. 325 (0,0432 mm) zurückgehalten werden, kleiner als etwa 30 Gew.-% ist.
• Tabelle 1 veranschaulicht die Effekte der Teilchengrößeverteilung von zerkleinertem, expandiertem Polystyrol auf das Feuerschutzverhalten. Ansatz Nr. Gewichts-% zurückgehalten von Sieb Nr. 12 (1,679 mm Löcher) Gewichts-% durch Sieb Nr. 30 (0,594 mm Löcher) und zurückgehalten von Sieb Nr. 325 (0,0432 mm Löcher) R-Wert (Wasser/trocken feuerfest) Ausbeute m/kg Platte (ft/lb feuerfest)
• Bei den Ansätzen Nr. 1 bis 3 wurde die Menge feiner Teilchen (ausgedrückt durch die Gewichts-%, die durch das Sieb Nr. 30 (0,594 mm) laufen und von dem Sieb Nr. 325 (0,0432 mm) zurückgehalten werden, bei der gleichen Grundgrößenordnung gehalten, während die Menge der groben Teilchen (ausgedrückt durch Gew.-%, die von dem Sieb Nr. 12 (1,67 mm) zurückgehalten werden) erhöht wurde. Der Ansatz Nr. 1 zeigte das beste Gesamtverhalten, mit dem höchsten R-Wert und der höchsten Ausbeute. Die Ansätze Nr. 2 und 3 mit einer ungefähr 3-fachen bzw. 4-fachen Zunahme an groben Teilchen zeigten Abnahmen im R-Wert und der Ausbeute.
• Bei Ansatz Nr. 4 war die Menge feiner Teilchen wesentlich erhöht, so daß er aus dem Erfindungsbereich herausfällt, während die Menge an groben Teilchen ungefähr die Menge vom Ansatz Nr. 1 war. Die resultierende Zusammensetzung hielt wenig Wasser zurück (R-Wert von 1,10) und zeigte eine schlechte Ausbeute. Die Verwendung von weniger Wasser bei einem Versuch, die Ausbeute zu erhöhen, macht dieses Material unpumpbar.
• In Figur 5 ist ein Beispiel für eine Teilchengrößeverteilungskurve einer 20 g Probe gezeigt. Die angegebenen Gew.-% basieren auf der 20 g Probe plus ungefähr 16 g Antistatiklösung (was zu etwa 4 g Feststoff führt), die für die unten beschriebenen Zwekke zugesetzt worden ist. Die Gew.-%, die auf dem Sieb Nr. 12 (1,679 mm) zurückgehalten wurden, waren 1,5 %. Das Gewicht, das durch das sieb Nr. 30 (0,594 mm) lief und von dem sieb Nr. 325 (0,0432 mm) zurückgehalten wurde, war 33,4 %. Das Verhalten der Zusammensetzung, die eine solche Teilchengrößeverteilung von zerkleinerten, expandierten Polystyrol umfaßt, war gut.
• Wie zuvor erwähnt, muß eine Reihe von Parametern kontrolliert werden, um die erfindungsgemäße Teilchengrößeverteilung von zerkleinertem, expandiertem Polystyrol behalten. Das Ausmaß der Verschmelzung der expandierten Polystyrolplatte beeinflußt die Zerkleinerung und die Teilchengrößeverteilung der zerkleinerten Teilchen. Wenn die zur Bildung der Platte verwendeten Kügelchen zu schwach verschmolzen sind, zerreißt der Zerkleinerungsvorgang das expandierte Polystyrol nicht sondern trennt anstelle dessen lediglich die Kügelchen voneinander. Dies ergibt ein groberes, "perligeres" Produkt, das aus der erfindungsgemäßen Teilchengrößeverteilung herausfällt.
• Die Rate, mit der die expandierte Polystyrolplatte in den Zerkleinerer eingeführt wird, das Volumen der Platte (d.h. ihre Dicke) und der Rotorbürstendurchmesser beeinflussen ebenfalls die Teilchengrößeverteilung des resultierenden, zerkleinerten, expandierten Polystyrols. Eine zu schnelle Zufuhrrate führt zu einem zu grobem Produkt, während eine zu langsame Zufuhrrate zu einem zu feinem Produkt führt. Es ist gefunden worden, daß eine Zufuhrrate im Bereich von etwa 140 Inch³ (2,29 l) der Platten und eine Rotorbürstengeschwindigkeit von etwa 4400 UpM eine Teilchengrößeverteilung im Bereich der vorliegenden Erfindung erzeugt.
• Die Teilchengrößeverteilung der zerkleinerten, expandierten Polystyrolplatte wird auch durch die Toleranz zwischen den festen Bürsten und den rotierenden Bürsten sowie die relative Geschwindigkeit der Bürsten beeinflußt. Wenn ein zu großer Spalt zwischen den festen und den rotierenden Bürsten vorliegt oder wenn die Rotorbürsten mit einer zu langsamen Geschwindigkeit rotieren, ergibt sich ein zu grobes Produkt. Wenn ein zu kleiner Spalt zwischen den Bürsten besteht oder wenn die Rotorbürsten mit einer zu großen Geschwindigkeit rotieren, ergibt sich im Gegensatz dazu ein zu feines Produkt.
• In Figur 2 ist eine Bewegungskappenanordnung gezeigt, die einen Teil der Vorrichtung bildet, die zur Bestimmung der Teilchengrößeverteilung einer vorgegebenen Probe von leichtgewichtigem expandiertem Polymer verwendet wird. Die Anordnung umfaßt einen konischen Bereich 5 wie beispielsweise einen umgekehrten 203 mm Nalgene-Trichter. Der Trichter steht mit einer Gaszuführungsvorrichtung über ein Rohr 6 in Verbindung, wie beispielsweise einem 19,1 mm PVC-Rohr, das an dem Trichter mittels einer Kupplung 15 befestigt ist. Ein Gas wie beispielsweise Luft wird aus dem Gaszuführungsmittel durch einen Schnellunterbrechermechanismus 14, ein 3,2 mm NPT (normales Rohrgewinde) T-Stück 16 und ein Rohr 6 in die Kammer gedrückt, um eine Abwärtsströmung zu erzeugen. Der Mechanismus 14 umfaßt ein Patrizenanschlußstück, das mit dem T-Stück 16 verbunden ist, und ein Matrizenanschlußstück für die Verbindung mit der Gaszufuhrleitung (nicht gezeigt). Der Mechanismus 14 erlaubt eine leichte und schnelle Verbindung/ Trennung zwischen der Bewegungskappenanordnung und der Luftzuführung ohne die Verwendung von Werkzeugen und ohne Abdrehen des Gasdrucks. Die Anordnung umfaßt auch ein Mittel zur Bewegung der Probe wie das Gas, das aus einer flexiblen, gasgetriebenen Verpackung auf das Maschengewebe des Siebs 8 ausgestoßen wird. Das Rohr 7, das vorzugsweise aus Latexkautschuk gebildet ist, ist etwa 76,2 mm oberhalb des Maschengewebes angeordnet, um die Bewegung der Probe zu optimieren. Ein Gewicht 4 von etwa 6,6 g kann an dem Rohr 7 angebracht sein, um eine bessere Bewegung zu erreichen.
• Die abwärts gerichtete Strömung zwingt Teilchen, die durch das Bewegungsrohr 7 gelöst worden sind, durch das Maschengewebe des Siebs 8. Die Gaszuführung für die abwärts gerichtete Strömung kann von der Hauptzuführung (die auch mit Rohr 7 in Verbindung steht) über einen By-Pass(Umweg)-Schleife 9 abgezweigt werden, die ebenfalls ein Latexrohr sein kann. In diese Schleife sind Mittel zur automatischen Regulierung des korrekten Gasdrucks und der korrekten Fließrate durch die By-Pass-Schleife eingeführt, wie ein speziell ausgestalteter 3,2 mm Verschlußnippel 10 mit einem Innendurchmesser von 2,38 mm. Der Nippel ist aus einem 3,2 mm x 19,1 mm NPT-Verschlußnippel durch gründliche Reinigung und Entfettung des Nippels in einem Lösungsmittel wie Aceton hergestellt worden. Der Nippel ist dann mit Epoxy gefüllt worden. Nach der Härtung ist in das Zentrum des Epoxy ein 2,38 mm Durchmesser aufweisendes Loch gebohrt und sorgfältig gereinigt worden, um alle losen Teilchen zu entfernen, ohne das Loch zu vergrößern. Der Nippel 10 wird mit der By-Pass-Schleife 9 über Kupplungsmittel 11 und Verbindungsmittel 12 verbunden. Ähnliche Verbindungsmittel 13 verbinden die Schleife 9 mit dem Rohr 6.
• Der Gasdruck, die Fließrate und die Dauer sind kritische Faktoren, die kontrolliert werden müssen, damit die Vorrichtung optimal funktioniert. Der Gaszufuhrdruck und die Fließrate müssen so eingestellt sein, daß eine ausreichende abwärtsgerichtete Strömung erzeugt wird, um geeignete Teilchen, die durch die Filter- oder Größentrennmittel laufen können, wie Siebe, dazu zu zwingen und außerdem um einen ausreichenden Druck an das Rohr 7 zu liefern, damit es sich statistisch bewegt und genug Turbulenz in dem konischen Bereich erzeugt, wobei eine Rate von etwa 4,9 bis 5,0 cfm (0,139 bis 0,142 m³/min) für eine 20 g Probe von zerkleinertem, expandiertem Polystyrol bevorzugt ist. Eine Dauer von mindestens etwa 4 Minuten ist für jedes Sieb bevorzugt, um eine akkurate, reproduzierbare Darstellung der Teilchengrößeverteilung der 20 g Probe zu liefern. Es ist gefunden worden, daß eine 20 g Probe repräsentativ für einen 360 Pfund (163 kg) Barren ist.
• Figur 4 zeigt die verschiedenen Elemente, die in Verbindung mit der Bewegungskappenanordnung verwendet werden können, um die korrekten Parameter zu erzielen. Ein Ventil 31 irgendeines geeigneten, bekannten Typs ist für den schnellen Start oder die schnelle Abschaltung des Drucks auf das System gezeigt. Ein Filter 32 ist stromabwärts vom Ventil 31 angeordnet und entfernt Verunreinigungen wie Öl, das aus der Gaszuführungsquelle wie einem Luftkompressor (nicht gezeigt) herausgeleckt ist. Solche Verunreinigungen können einen nachteiligen Effekt auf andere Elemente im System sowie auf die Trennergebnisse haben. Der Filter 32 unterstützt die Entfernung von Feuchtigkeit aus der Kondensation aus dem System. Wenn zuviel Feuchtigkeit vorhanden ist, die der Filter 32 bewältigen soll, kann ein Lufttrockner (nicht gezeigt) verwendet werden. Ein Spulenventil und eine Schaltuhr 33 dient zur Automatisierung der Dauer des jeweiligen Durchlaufs. Der Druckregulator 34 reguliert den Gaszufuhrdruck auf das gewünschte Niveau und ist mit einem Druckmesser ausgestattet, der dem gewünschten Betriebsdruck widerstehen kann. In den Strömungsmesser 36 ist ein Edelstahlnadelventil 35 eingebaut, um die Gasflußrate zu variieren. Der Strömungsmesser 36 ist mit der Leitung über 6,35 mm NPT-Anschlußstücke an seinem Eingang und seinem Ausgang verbunden. Ein 6,35 mm Nylonspulenschlauch 38 ist mit der Bewegungskappe 39 verbunden und erlaubt eine freiere Bewegung der Bewegungskappe 39.
• Das bevorzugte Verfahren zur Bestimmung der Teilchengrößeverteilung einer vorgegebenen Probe läuft wie folgt ab. Die Bewegungskappenanordnung wird mit Luftzufuhrmitteln verbunden (befreit von Feuchtigkeit), die auf einen Druck von 50 bis 51 psi (3,37 bis 3,44 kg/cm²) und eine Strömungsrate von 4,9 bis 5,0 scfm (0,131 bis 0,142 m³/min) eingestellt sind. Wie in Figur 2a gezeigt ist, ist die Anordnung mit einem tarierten Sieb Nr. 12 (1,679 mm) verbunden. Unter dem Sieb Nr. 12 (1,679 mm) ist ein Blindstück (ein Sieb, bei dem das Maschengewebe entfernt worden ist) angeordnet, um das Volumen der verwendeten Probe anzupassen. Ein tariertes Sieb Nr. 16 (1,19 mm) ist unter dem Blindstück angeordnet, worauf wiederum ein zweites Blindstück, ein tariertes Sieb Nr. 30 (0,594 mm) und ein tariertes Sieb Nr. 325 (0,0432 mm) folgen. Typischerweise ist zwischen den sieben Nr. 30 (0,594 mm) und Nr. 325 (0,0432 mm) kein Blindstück erforderlich, da das Probenvolumen durch Rückhaltung auf den vorherigen Sieben ausreichend verringert worden ist. Der gesamte Siebstapel wird dann auf einer geeigneten Aufnahmevorrichtung angeordnet, die alle Teilchen, die durch das letzte Sieb laufen, aufnimmt und den Luftstrom durchläßt. Figur 3 zeigt eine Aufsicht einer solchen Aufnahmevorrichtung (Sammelgefäß), die eine Öffnung 20 aufweist, durch die Luft und die Teilchen passieren können. Die Anordnung liegt auf einem Teil der Oberfläche 22 auf, bedeckt die Löcher 24 aber nicht. Die Löcher 24 erlauben es der Luft, die aus der Anordnung in die Aufnahmevorrichtung strömt, zu entweichen.
• Eine geeignete Probe wird gewogen. Ein geeignetes Antistatikmittel wie eine Lösung von 80 % Propanol und 20 % Silikon/Glykol kann der Probe zugesetzt werden, um die statische Elektrizität des leichtgewichtigen, expandierten Polymers zu verringern, die ansonsten als Ergebnis der konstanten Bewegung des Polymers aufgebaut würde. Es wird angenommen, daß die Lösung eine dünne Schicht auf den Teilchen bildet, ohne eine nachteilige Teilchendeformation zu verursachen. Die Bewegungskappe wird von dem Siebstapel entfernt und umgedreht und der konische Bereich 5 wird mit der Probe gefüllt. Das Sieb Nr. 12 wird dann aus dem Siebstapel entfernt und über der weiten Öffnung des konischen Bereichs 5 der Bewegungskappe so angeordnet, daß es als Deckel wirkt. Der konische Bereich 5, die Probe und das Sieb Nr. 12 (1,679 mm) werden zurück auf den Siebstapel gesetzt. Eine Luftzufuhr wird mit einem Druck von 50 bis 51 psi (3,37 bis 3,44 kg/cm²) und einer Strömungsrate von 4,9 bis 5,0 scfm (0,139 bis 0,142 m³/min) angestellt und mindestens etwa 4 Minuten lang beibehalten. Dann wird die Luftzufuhr unterbrochen, der konische Teil 5 entfernt und das Gewicht der von dem Sieb Nr. 12 (1,679 mm) zurückgehaltenen Probe wird bestimmt. Das Verfahren wird für das Sieb Nr. 16 (1,19 mm) wie in Figur 2b gezeigt, für das Sieb Nr. 30 (0,594 mm) und für das Sieb Nr. 325 (0,0432 mm) wie in Figur 2c gezeigt wiederholt. Das Verfahren muß auf das sieb Nr. 325 (0,0432 mm) nicht direkt angewendet werden, da die interessierende Messung die Menge der Probe betrifft, die durch das sieb Nr. 30 (0,594 mm) läuft und von dem sieb Nr. 325 (0,0432 mm) zurückgehalten wird. Die Menge der Probe, die durch das Sieb Nr. 325 (0,0432 mm) läuft, ist für den vorliegenden Zweck vernachlässigbar. Die Menge des Materials, das auf dem Sieb Nr. 16 (1,19 mm) zurückgehalten worden ist, ist nicht kritisch.
• Es ist bekannt, Schaumteilchen zu zerkleinern und die zerkleinerten Teilchen mit einer Granulataufschlämmung zu mischen, bei der das Granulatmaterial Zementteilchen, Sand, Gipsteilchen und dergleichen umfaßt. Wie beispielsweise in den US-A-3 630 820 und 4 100 242 beschrieben ist, wird die Schwimmfähigkeit der Teilchen kleiner, wenn eine ausreichende Zahl der Zellen von der Aufschlämmung durchdrungen werden, so daß die hohe Viskosität der Aufschlämmung die Teilchen daran hindert, aufzusteigen.
• Es ist gefunden worden, daß die Verwendung von zerkleinerten Teilchen in den erfindungsgemäßen, pumpbaren Zusammensetzungen, die expandiertes Polystyrol enthalten, wesentlich ist, da dies zu einer verringerten Schwimmfähigkeit der Teilchen führt und dies für die zufriedenstellende Förderung der Zusammensetzung durch den Pumpmechanismus und die Zufuhrleitungen bis zum Anwendungspunkt wesentlich ist. Im Gegensatz hierzu trennen sich unzerkleinerte Kügelchen innerhalb der Aufschlämmung und die resultierende, lokalisierte Konzentration an Kügelchen kann die Pumpe, Zufuhrleitungen und Sprühdüse verstopfen.
• Die zerkleinerten Polystyrolteilchen werden vorzugsweise in einer Gewichtskonzentration von etwa 1 % bis etwa 5 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung vor der Wasserzugabe, verwendet. (Solange nichts anderes angegeben ist, basieren alle hier angegebenen Gewichtsprozentsätze auf der gleichen Basis). Diese Konzentrationen sind für die Lieferung pumpbarer, sich nicht trennender, gleichförmiger Aufschlämmungen bevorzugt, die eine wünschenswerte Haftung an Stahlstubstraten zeigen und ausgezeichneten Feuerschutz liefern. Außerdem ist die Dichte von Aufschlämmungszusammensetzungen, die Konzentrationen von zerkleinertem Polystyrol in diesem Gewichtsbereich enthalten, nach der Anwendung ausreichend niedrig, um sicherzustellen, daß die Beschichtung vor und nach dem Abbinden an Ort und Stelle bleibt. Daher ist das "Abfallen" der aufgebrachten Beschichtung aufgrund von unzureichender Haftung oder mechanischer und struktureller Störung minimiert oder beseitigt.
• Die Dichte des zerkleinerten Polystyrols liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,2 bis 0,6 Pfund/Fuß³, bevorzugter etwa 0,3 bis 0,5 pcf (4,81 bis 8,02 kg/m³). Vorzugsweise ist die Teilchengröße in ihren maximalen Dimensionen kleiner als 6,35 mm.
• Portland-Zement kann als zementartiges Bindemittel der Erfindung verwendet werden. Es ist jedoch im allgemeinen bevorzugt, ein Gipbsbindemittel aufgrund seiner vorteilhaften feuerschützenden Eigenschaft zu verwenden. Obwohl Gips in relativen kleinen Mengen verwendet werden kann, z.B. so wenig wie 60 Gew.%, ist es im allgemeinen bevorzugt, mindestens 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, zu verwenden und bevorzugter mindestens etwa 85 Gew.-%.
• Die faserige Komponente in den bevorzugten Zusammensetzungen kann entweder organisch oder anorganisch sein. Vorzugsweise ist die faserige Komponente eine Mischung von naß stark quellenden organischen Fasern, vorzugsweise Cellulosefasern, wie in den US- A-3 719 513 und 3 839 059 beschrieben ist, und anorganischen Fasern, die Verstärkung bewirken, vorzugsweise Glasfasern. Die Gesamtmenge der faserigen Komponente in der Zusammensetzung liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 4 bis 20 Gew.-%. Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung umfaßt etwa 4 bis 10 Gew.-% an naß stark quellender, cellulosischer Faser und etwa 0 bis 2 %, am meisten bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-% Glasfaser. Es ist gefunden worden, daß diese besonders bevorzugten Faserbeladungen, gekoppelt mit der bevorzugten Beladung von etwa 1 bis 5 Gew.-% an zerkleinerten Polystyrolteilchen eine optimale Zusammensetzung für ein leichtes Pumpen ohne Trennung und für die Aufbringung in hoher Ausbeute, d.h. Aufbringung über eine relativ großen Flächen pro Gewicht der Trockenzusammensetzung bei einer gegebenen Dicke der Aufbringung liefert. Die Ausbeute wird im allgemeinen nach bekannten Verfahren berechnet wie Plattenfuß pro Trockengewicht der Zusammensetzung. Die besonders bevorzugten Zusammensetzungen sind in der Lage, eine hohe Ausbeute von mindestens etwa 20 Plattenfuß pro 45 Pfund Gewicht der Trockenzusammensetzung (6,1 Plattenmeter pro 20 kg) zu liefern. Im allgemeinen wird eine Ausbeute im Bereich von etwa 25 bis 35 Plattenfuß pro 45 Pfund Trockengewicht (7,6 bis 10,7 Plattenmeter pro 20 kg) erhalten.
• Die schaumbildenden Mittel oder porenbildenden Mittel, die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden können, sind bekannt. Solche bekannten Materialien sind Natrium-α-olefinsulfonate, sulfonierte Monoglyceride, Natriumalkylarylsulfonate und Natriumlaurylsulfat und können in geeigneten Mengen verwendet werden, um eine Aufschlämmung der gewünschten Dichte und Pumpfähigkeit zu liefern. Trockene Schaumbildungsmittel können in die Trockenzusammensetzung vor der Zugabe von Wasser eingearbeitet werden, während sowohl trockene als auch flüssige Mittel der aufgeschlämmuten Zusammensetzung zugegeben werden können. Bevorzugte Menge des porenbildenden Mittels sind etwa 0,1 bis 0,5 Gew.%. Die Kombination von Porenbildung und Zerkleinerung des Polystyrols ist besonders vorteilhaft, um der Aufschlämmung Homogenität zu verleihen, Ausscheidung des Aggregats zu verhindern, für die Dauer, die notwendig ist, die Aufschlämmung zu pumpen, zu versprühen und abzubinden.
• In manchen Fällen ist es auch wünschenswert, in die Mischung ein Wasserrückhaltemittel einzuführen, daß die Einführung von Meerwasser in die Aufschlämmung erlaubt, wodurch die Pumpfähigkeit und Ausbeute erhöht wird, während etwa das gleiche Niveau an Haftung an Stahl beibehalten wird. Ein bevorzugtes Wasserrückhaltemittel ist Hydroxypropylmethylcellulose.
• Die erfindungsgemäßen Trockenzusammensetzungen werden durch Zugabe von Wasser in pumpbare Aufschlämmungen umgewandelt. Im allgemeinen wird das Wasser der trockenen Mischung am Ort der zu verrichtenden Arbeit kurz vor dem Pumpen an den Aufbringungsort zugesetzt. Ein Wasser/zementartiges Bindemittel-Verhältnis von etwa 1,0 : 1 bis 2,5 : 1 wird im allgemeinen verwendet, um eine pumpbare Mischung der gewünschten Konsistenz und Haftfähigkeit zu liefern. Ein bevorzugtes Verhältnis ist etwa 1,2 - 2,0 : 1. Im allgemeinen ist ein brauchbarer Bereich der Aufschlämmungsdichte, die ein leichtes Pumpen ermöglicht, etwa 35 pcf bis 55 pcf (561 bis 882 kg/m³).

Claims (17)

1. Trockenzusammensetzung, die hydratisierbares, zementartiges Bindemittel und zerkleinertes Polystyrolaggregat umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Polystyrol eine solche Teilchengrößeverteilung aufweist, daß ein Bereich von etwa 0 bis etwa 20 Gew.-% der Teilchen von einem Sieb mit einer Lochgröße von etwa 1,68 mm zurückgehalten wird und ein Maximum von etwa 40 Gew.-% der Teilchen durch ein Sieb mit einer Lochgröße von etwa 0,59 mm läuft und von einem Sieb mit einer Lochgröße von etwa 0,043 mm zurückgehalten wird.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Teilchengrößeverteilung des Aggregats derart ist, daß weniger als etwa 8 Gew.-% der Teilchen von einem Sieb mit einer Lochgröße von etwa 1,68 mm zurückgehalten werden.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, bei der die Teilchengrößeverteilung des Aggregats derart ist, daß weniger als etwa 30 Gew.-% der Teilchen durch ein Sieb mit einer Lochgröße von etwa 0,59 mm laufen und von einem Sieb mit einer Lochgröße von etwa 0,043 mm zurückgehalten werden.

4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Polystyrolaggregat aus zerkleinerten, expandierten Polystyrolkügelchen, zerkleinerter Platte aus Polystyrolkügelchen, zerkleinerter Polystyrolverpackungsisolierung oder zerkleinertem, extrudiertem Polystyrol besteht.

5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Polystyrol eine Dichte im Bereich von etwa 0,2 bis 0,6 pcf (3,2 bis 9,6 kg/m³) aufweist.

6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die etwa 1 bis 5 Gew.-% Polystyrol umfaßt.

7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine faserige Komponente umfaßt.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die faserige Komponente organisches, faseriges Material und anorganisches, faseriges Material umfaßt.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei der die faserige Komponente eine naß gut quellende, organische Faser, vorzugsweise Cellulose umfaßt.

10. Zusammensetzung nach Anspruch 7 bis 9, bei der die faserige Komponente anorganisches, faseriges Material, vorzugsweise Glasfaser umfaßt.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 7, die etwa 4 bis 10 Gew.-% naß gut quellende Cellulosefaser und etwa 0 bis 2 Gew.-% Glasfaser umfaßt.

12. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein porenbildendes Mittel umfaßt.

13. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Wasserrückhaltemittel, vorzugsweise Hydroxypropylmethylcellulose umfaßt.

14. Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bildung bei Wasserzugabe einer abbindungsfähigen Aufschlämmung, die auf ein Stahlstrukturelement aufsprühbar ist, nach der Aufsprühung im Aufschlämmungszustand und dem Abbinden an dem Element haftet, wobei die Aufschlämmung nach dem Abbinden eine gegen Feuer und Hitze schützende, haftende Beschichtung auf dem Element bildet.

15. Aufschlämmung, die durch Zugabe von Wasser zu der Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 gebildet worden ist, wobei die Aufschlämmung eine Dichte im Bereich von 35 pcf bis 55 pcf (561 bis 882 kg/m³) aufweist.

16. Aufschlämmung nach Anspruch 15, die nach dem Aufsprühen eine Ausbeute an Ort und Stelle von mindestens etwa 6,1 Plattenmetern pro 20,4 kg der Trockenzusammensetzung ergibt.

17. Feuerfestes Strahlstrukturelement, das ein Stahlstrukturelement umfaßt, das mit einer Aufschlämmung gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16 beschichtet ist.