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Erfindungsbereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung wärmedämmender
Baustoffe unbestimmter Zusammensetzung, die durch Niedertemperatur-Behandlung
von Kieselgestein mit hohem Gehalt an amorphem Siliciumdioxid gewonnen
werden, wobei die Konzentrationen im allgemeinen über 70 Gew.-%,
vorzugsweise über
80 Gew.-% liegen. Diese Materialien können im Endzustand in Partikelform,
geeignet für
den Einsatz als Wärmedämmstoff
in loser Form, in Form eines Zuschlagstoffs zur primären Herstellung
von Leichtbeton oder in Form von Platten oder Blöcken vorliegen, die in den
meisten Fällen
direkt eingesetzt werden können,
vorzugsweise als Verschalung von Gebäuden und verschiedenen Baukörpern.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Die oben definierten Materialien
werden in großem
Umfang produziert, wobei die an sie gestellten, immer strengeren
Anforderungen nicht unbedingt kombinierbar sind.
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So sollten diese Materialien als
lose Partikel eine möglichst
geringe Schüttdichte
bzw. als Platten und Blöcke
eine möglichst
geringe Dichte und Wärmeleitfähigkeit
aufweisen bei gleichzeitig größtmöglicher
Festigkeit und Wetterbeständigkeit,
insbesondere bei wechselnden Frost- und Tauperioden.
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Es ist überdies wünschenswert, dass diese Materialien
mit inerten Bestandteilen, die deren mechanische und/oder thermische
Eigenschaften modifizieren, kombinierbar sind und in Form loser
Endpartikel gewünschter
Größe und Form
sowie als Platten und Blöcke
aus leicht erhältlichen
Rohmaterialien innerhalb eines Produktionsprozesses mit minimalem
Energieverbrauch produzierbar sind, wobei Produktqualitätsabweichungen
innerhalb engster Grenzen zu halten sind.
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Diese Anforderungen können nun
einzeln gesehen bzw. auch nur in einigen Kombinationen erfüllt werden.
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Die siliciumdioxidhaltigen Rohmaterialien,
deren Einsatz zur Herstellung wärmedämmender
Baumaterialien nicht ungewöhnlich
ist, sind leicht verfügbar
(z.B.
shapes from silica rock',
Veröffentlichung
1978 von BUDIVELNYK Publishers (Kiev) [in Russisch]). Zu diesen Rohmaterialien
gehören
siliciumdioxidhaltige Minerale wie Diatomeenerde, Tripel, Gaize,
Spongiolith, Radiolarit sowie deren künstlich erzeugte Analoga. Von
letztgenannten Materialien ist das im Handel erhältliche Natriumsilicat, z.
B. Wasserglas, am bekanntesten.
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Wärmedämmende Baustoffe
mit relativ niedriger Schüttdichte
unter 1000 kg/m3 und geringer Wärmeleitfähigkeit
werden bekanntermaßen
durch Aufbereitung thermisch expandierbarer Zusammensetzungen, Bildung
von Zwischenprodukten, vorzugsweise durch Agglomeration und vor
allem Pelletisierung oder Jet-Granulation, sowie thermische Expansion
der Zwischenprodukte bei hohen Temperaturen von gewöhnlich über 800°C erhalten.
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Derartige Baumaterialien können anhand
poröser
Zuschlagstoffe, die bei der Herstellung von primär Leichtbeton eingesetzt und
aus Kieselgestein hergestellt werden, veranschaulicht werden, wobei
das Kieselgestein 30 bis 98 Gew.-% Siliciumdioxid, maximal 20 Gew.-%
Aluminiumoxid, maximal 25 Gew.-% Calciumoxid sowie einige weitere
Bestandteile aufweist. Die Herstellung eines solchen Zuschlagstoffes
erfolgt durch Zerkleinerung eines geeigneten natürlichen Rohmaterials, anschließendem Rösten (gewöhnlich in
Drehöfen)
bei Temperaturen von 1080 °C
bis 1380 °C
und Abkühlung
des entstandenen Produkts
shapes from silica rock',
Veröffentlichung
1978 von BUDIVELNYK Publishers (Kiev), siehe S. 49-58).
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Bei diesen Materialien sind stets
leicht zu erkennende Rissbildungen zu beobachten, die eine bedeutende
Wasseraufnahme und entsprechend geringe Frostbeständigkeit
nach sich ziehen. Überdies
impliziert die hohe Brenntemperatur einen wirtschaftlich inakzeptablen
Energieverbrauch.
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Vorzuziehen sind Verfahren, bei denen
wärmedämmende Baumaterialien
anhand eines Verfahrens mit Alkalisierung und Befeuchtung siliciumdioxidhaltigen
Rohmaterials und Rösten
bei niedrigen Temperaturen erzeugt werden.
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Die hier gebrauchte Bezeichnung „alkalisiert"
bezieht sich auf siliciumdioxidhaltige Rohstoffe, die ein Alkalimetallhydroxid,
vorzugsweise Natriumhydroxid, natürlich enthalten oder denen
es zugesetzt wird; die Bezeichnung „befeuchtet" bedeutet hier,
dass bei der Aufbereitung einer Rohmischung Wasser zumindest als
unerlässlicher
Bestandteil für
die Herstellung von Zwischenprodukten eingesetzt wird.
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Bekannt sind Verfahren zur Herstellung
wärmedämmender
Baumaterialien, die aus diesen Rohmaterialien erzeugt werden, wobei
die wärmedämmenden
Baustoffe anhand eines porösen
Zuschlagstoffs für Leichtbeton
(Kunstkies oder Sand) und wärmedämmender
Platten („Schaumglass")
veranschaulicht werden können
(siehe oben Ivanenko, V.N., S. 102 bis 103 bzw. S. 98 bis 99).
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Die Herstellung dieser Materialien
erfolgt durch Aufbereiten einer Rohmischung mit 100 Gewichtsteilen
an pulverisiertem Kieselgestein mit Partikelgrößen bis zu 0,14 mm, 8 bis 22
Gewichtteilen eines Alkalimetallhydroxids, d.h. Natriumhydroxid
oder Kaliumhydroxid, und 18 bis 38 Gewichtteilen Wasser, Bildung
eines Zwischenprodukts durch Brennen der Mischung und anschließendem Rösten des
Zwischenprodukts im Batchbetrieb bei 1180°C bis 1200°C zur thermischen Expansion.
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Die nach dem zuvor erwähnten Verfahren
hergestellten Materialien weisen im Vergleich zu den zuvor genannten
porösen
Zuschlagstoffen Risse auf, wodurch es zu hoher Wasseraufnahme und
geringer Frostbeständigkeit
kommt, wenn auch der Energieverbrauch dieses Verfahrens etwas geringer
ist.
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Bekannter Stand der Technik ist ein
Verfahren zur Herstellung von Materialien auf Basis des zuvor erwähnten Wasserglases,
dessen Eigenschaften in Hinblick auf Integrität, Wasseraufnahme und Frostbeständigkeit
besser sind, da Wasserglas einen natürlichen Alkalimetallhydroxid-Gehalt
in Höhe
von 6% bis 20% besitzt. Nach Pulverisieren des Wasserglases wird
Wasser im Verhältnis
von 9 : 1 Gew.-% zugesetzt. Nach Umformung des Nasspulvers in ein
Zwischenprodukt wird dieses in einer Gasatmosphäre mit einer 50%igen Heißdampf-Konzentration
bei 100°C
bis 200°C
und bei mehr als 0.1 MPa einer Dampfbehandlung unterzogen. Mit dem
Ziel der Expansion wird das dampfbehandelte Zwischenprodukt (getrocknet
und/oder kalziniert) bei einer Temperatur von mehr als 100°C weiter
wärmebehandelt,
vorzugsweise bei über
800°C (US
Patent Nr. 3.498.802).
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Die im Rohmaterial enthaltenen Bestandteile
an wasserhaltigem Natrium- bzw. Kaliumsilicaten fördern die
Bildung des Zwischenprodukts deutlich und bewirken einen merklich
reduzierten Energieverbrauch während
der Wärmebehandlungsphase.
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Dennoch ist zweifelhaft, ob aus diesen
Ausgangsstoffen bei Temperaturen unter 800 °C poröse Materialien niedriger Schüttdichte
unter 1000 kg/m3 gewonnen werden können.
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Zum einen werden die Zwischenprodukte
bei derartig hohen Temperaturen primär in Folge polymorpher Umwandlung
in Siliciumdioxid expandiert und resultieren in einem Endprodukt
mit aufgelockerter Struktur und geringer mechanischer Festigkeit,
zum anderen durch die zuvor erwähnte,
erhöhte
Wasseraufnahme und geringere Frostbeständigkeit in Folge der Zersetzung
der Oberflächenschichten.
In einigen Fällen
reicht die Festigkeit des entstandenen Produkts nicht aus, um zum
vorgesehenen Bestimmungsort transportiert zu werden.
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Im Ukraine-Patent Nr. 3802 wird ein
Verfahren zur Herstellung wärmedämmender
Baumaterialien mit deutlich höherer
Festigkeit und geringerer Wasseraufnahme offen gelegt. Bei diesem
Verfahren ist ebenso ein reduzierter Energieverbrauch anzumerken.
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Ein wärmedämmendes Baumaterial mit den
oben erwähnten
Eigenschaften auf der Basis eines alkalisierten und befeuchteten,
siliciumdioxidhaltigen Rohmaterials mit insbesondere 1 bis 30 Gewichtteilen
eines Alkalimetallhydroxids und 30 bis 125 Gewichtsteilen Wasser
pro 100 Gewichtteile an siliciumdioxidhaltigem Material wird durch
Zerkleinern der festen Bestandteile und Mischen sämtlicher
Bestandteile, Dampfbehandlung (insbesondere mit gesättigtem
Dampf bei einer Temperatur von 80°C
bis 100°C
für 20
bis 60 Minuten) dieser Mischung zur Bildung eines Zwischenprodukts,
gewöhnlich
durch Pelletisieren und anschließender thermischer Expansion
dieses Zwischenprodukts, beispielsweise bei einer Temperatur von
150°C bis
660°C, erhalten.
Dieses Verfahren kommt der Erfindung nahe.
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Bei einem Vergleich mit Verfahren
nach dem Stand der Technik beinhaltet dieses Verfahren den geringsten
Energieverbrauch. Mit 50 kg/m3 bis 950 kg/m3 besitzt das hergestellte Material eine
vergleichsweise geringe und leicht steuerbare Schüttdichte
und ist bekannt für
eine einerseits voll zufriedenstellende Porosität, so dass die Wasseraufnahme
höchstens
32,5% beträgt,
und andererseits für
genügend
mechanische Festigkeit.
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Diese vorteilhaften Eigenschaften
sind auf die Dampfbehandlung der Mischung zurückzuführen, die dadurch in eine gelartige,
viskose, leichtschmelzende klebrige Masse umgewandelt wird, die
auf wasserhaltigen Silicaten von Alkalimetallen basiert. Diese Masse
ist im wesentlichen für
Niederdruckgase und Dampf, die bei der Dampfbehandlung unter den
angegebenen Temperaturbedingungen vorhanden sind, undurchlässig, ist
allerdings nach thermischer Expansion für Gase und Dampf leicht durchlässig.
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Die leichtschmelzende Masse lässt bei
der Expansion niedrige Temperaturen zu, was einen entsprechend geringen
Energieverbrauch bei der Herstellung eines Endprodukts zur Folge
hat, während
die relative Gasundurchlässigkeit
der Masse die angegebene zufriedenstellende Porosität und ausreichende
Festigkeit bewirkt.
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Allerdings besitzt das wärmedämmende Baumaterial-Endprodukt
nach dem im Ukraine-Patent
Nr. 3802 offengelegten Verfahren keine gleichbleibende Qualität. Die Festigkeit
der Pellets schwankt im Bereich von 0,2 MPa bis 12,5 MPa und die
Wasseraufnahme zwischen 4% bis 32,5%. Zudem hat sich in der Praxis
bei einem Versuch, die Pellet-Größe bei losem
Material zu steuern gezeigt, dass offensichtlich die Anzahl der
beim Pelletisieren bzw. der thermischen Expansion infolge von Partikelaggregation
bzw. Konglomeration verworfenen Pellets je höher ist, desto geringer die
mittlere Pellet-Größe. Bei
dem Versuch, Bauprodukte wie Blöcke und
Platten herzustellen, hat sich erwiesen, dass geringfügige Rissbildungen
und gänzliches
Fehlen offener Poren in den Oberflächenschichten der Zwischenprodukte
Gase daran hindern, während
der thermischen Expansion zu entweichen, wobei mit der Größe der Bauprodukte
die Größe der Hindernisse
zunahm. Je nach Zusammensetzung variierende, überdimensionierte Bauprodukte
wurden sämtlich
verworfen.
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Dies unerwünschte Ergebnis ist auf die
Kombination hoher Viskosität
und Klebrigkeit der dampfbehandelten Mischung mit geringer Gasdurchlässigkeit
zurückzuführen.
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Versuche zur Verbesserung dieses
Ergebnisses, in denen 1 bis 150 Gewichtteile eines inerten mineralischen
Zuschlagfüllstoffs
zugesetzt wurden, der unter den besagten Dampfbehandlungsbedingungen
keine Verbindung mit Alkalimetallhydrosilicaten eingehen kann, zeigten
hinsichtlich der Ausschaltung von Qualitätsabweichungen beim Endprodukt
keinen nennenswerten Erfolg.
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Die
US 4 801 563 A1 lehrt ein Verfahren zur Expansion
eines Siliciumdixoid-Hydrats, wie beispielsweise ein Natrium-Siliciumdioxid-Hydroxid,
mit dem Handelsnamen JM Wasserglas, Du Pont Co. und Quarzsand. Nach
Mischen dieser Materialien erfolgt eine rasche Erhitzung auf eine
Temperatur von 900 - 1000 F (482 bis 538°C) mittels eines elektronischen
Wellengenerators, einer teuren Energiestrahlungsquelle. Bei diesem
kostspieligen Verfahren ist das vorgefertigte Natrium-Siliciumdioxid-Hydroxid
ein Bindemittel und der Quarzsand ein Füllstoff. Die thermische Expansion
verläuft
unterschiedlich und löst
das Problem der Klebrigkeit der dampfbehandelten Masse in keiner
Weise.
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Das Patent GB 1 494 280A lehrt eine
Zusammensetzung zur Herstellung wärmedämmender Baustoffe, wobei diese
Zusammensetzung nicht expandiertes Wasserglas, expandierte Wasserglas-Pellets,
ein Natriumhexafluorosilicat und einen Bestandteil beinhaltet, der
der Zusammensetzung hydrophobe Eigenschaften verleiht. Ein aus teuren
Industrieprodukten gefertigtes Endprodukt kann nicht kostengünstig sein.
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In Patent GB 1 367 166 A wird ein
Verfahren zur Herstellung eines expandierten, partikelförmigen Leichtmaterials
offengelegt, das am vorgesehenen Bestimmungsort vollständig expandiert
werden kann. Aus einem wasserfreien Natriumsilicat, einer wässrigen
Natriumsilicat-Lösung
und Borsäure
wird ein Leichtmaterial zubereitet, wobei es sich bei sämtlichen
Bestandteilen um Fertigprodukte handelt. Zudem kann ein Zwischenprodukt,
das durch Abkühlen
einer Lösung
aus wasserfreiem Natriumsilicat in Flüssigglas in Gegenwart von Borsäure gewonnen
wird, bei einer Erhitzung auf Temperaturen von 880 F bis 1100 F
(471°C bis
593°C) nur voll
expandiert, nicht aber erneut plastifiziert werden. Anders ausgedrückt kann
ein solches Material ohne Bindemittel keine wärmedämmenden Platten bilden. Daher
betrachtet dieser Stand der Technik den Einsatz des voll expandierten
partikelförmigen
Materials als einen Leichtzuschlag-Füllstoff für Zement. Zur Bildung von Baukörpern wie
Baublöcken
kann der partikelförmige
Zuschlagstoff mit Portlandzement gemischt werden.
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Das Patent
DE 31 36 888 A1 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Materials aus Natriumhydrosilicaten,
die aus mit Natriumhydroxid behandelter Flugasche erhalten werden,
wobei die hergestellte Masse bis zum Erhärten abgekühlt, anschließend zerkleinert
und nach Größe getrennt
wird, um Partikelgrößen zwischen
1,6 bis 3,15 mm zu erhalten und anschließend bei 150°C bis 300°C gebrannt
wird. In diesem Dokument sind weder Hinweise noch Andeutungen in
Hinblick darauf zu finden, dass das Material im zuvor erwähnten Temperaturbereich
wieder den klebrigen Zustand erreichen oder selbst ein Bindemittel sein
könnte.
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Im Patent
DE 25 24 981B2 wird ein
Verfahren offenbart, in dem eine Mischung aus Glas, Basalt und anderen
siliciumdioxidhaltigen Materialien mit feuerbeständigen Bindemitteln eingesetzt
wird, um primär
feuerbeständige
Materialien herzustellen. Die Mischung wird bei 800°C - 1000°C in Gegenwart
von Borsäure
als Schaumbildner aufgeschäumt.
Zur Vereinfachung der Extrusion wird bei dem Verfahren zudem die
Mischung befeuchtet und das extrudierte Produkt anschließend getrocknet.
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Im Patent GB 1514674 A wird eine
Herstellungsmethode für
ein wärmebeständiges,
expandierbares Material offengelegt, das als Fliesen, insbesondere
zum Schutz und zur Isolierung von Gießwannen, eingesetzt wird, die
beim Gießen
von geschmolzenem Metall Verwendung finden. Dieses Material nach
dem Stand der Technik setzt sich aus einer Mischung aus Sand, einem
wärmedämmenden
Material wie beispielsweise Vermiculit, Dicalciumsilicat und einem
organischen Ester zusammen. In dem beschriebenen Verfahren nach dem
Stand der Technik liegt der Temperaturbereich bei ca. 23°C.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Baumaterials zur Verfügung zu
stellen, aus dem Endprodukte zahlreicher Größenordnungen hergestellt werden
können.
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Diese und weitere Aufgaben werden
durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines wärmedämmenden
Baumaterials auf Basis eines alkalisierten und befeuchteten, natürlichen
siliciumdioxidhaltigen Rohmaterials gelöst, indem das siliciumdioxidhaltige
Rohmaterial zerkleinert und mit einem Alkalimetallhydroxid und Wasser
gemischt wird, um eine Mischung mit 1 bis 30 Gewichtteilen an Alkalimetallhydroxid
und 30 bis 125 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gewichtsteile siliciumdioxidhaltiges
Rohmaterial zu erhalten, die Mischung einer Dampfbehandlung unterzogen
wird und die aus der dampfbehandelten Mischung gebildeten Zwischenprodukte
thermisch expandiert werden, wobei die Zwischenprodukte durch Abkühlen der
dampfbehandelten Rohmaterial-Mischung bis zur Brüchigkeit und Zerkleinerung
der brüchigen
Mischung in Partikel gewonnen wird, wobei die Partikel in der Frühphase der
thermischen Expansion bei einer Erhitzung auf über 100°C, vorzugsweise über 200°C, in einen
fluiden Zustand übergehen.
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Der hier verwendete Begriff „Dampfbehandlung"
bezieht sich auf zwei im wesentlichen gleiche Bedeutungen. Hierunter
wird entweder eine Dampfbehandlung eines alkalisierten und zumindest
teilweise vorbefeuchteten, siliciumdioxidhaltigen Rohmaterials zu
dessen vollständiger
Durchwärmung
und Bildung wasserhaltiger Silicate verstanden oder die Sättigung
eines alkalisierten und vollständig
vorbefeuchteten, siliciumdioxidhaltigen Rohmaterials mit Dampf unter
Einwirkung einer externen Wärmequelle.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung
zeigen sich in einer experimentell nachgewiesenen, unerwarteten
Eigenschaft. Es stellte sich heraus, dass das partikelförmige Zwischenprodukt,
das durch Zerkleinern der nicht klebrigen, brüchigen Masse gewonnen wird,
bei thermischer Expansion bei über
100°C, vorzugsweise über 200°C, erneut
plastifiziert werden kann und dann deutlich geringere Klebrigkeit
aufweist als die gelartige, leichtschmelzende Masse.
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Dies lässt vermuten, dass es bei den
Partikeln des partikelförmigen
Zwischenprodukts unter Bedingungen, die ein Zusammenhaften begünstigen,
wie beispielsweise unter Druck oder bei thermischer Expansion von
Chargen, zu einer Konglomeration kommt.
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Eine Konglomeration tritt nicht auf,
sofern das partikelförmige
Zwischenprodukt durch Bewegung, wie beispielsweise Schütteln, oder
in einer freifließenden
Bewegung thermisch expandiert wird. Somit kann ein Fachmann ein
gewünschtes
partikelförmiges
Produkt in einer Vielzahl von Größen von „Sand"
bis hin zu „Kies" allein
durch Auswahl konventioneller Zerkleinerungsmethoden und Bedingungen
gewinnen, wobei mechanische Festigkeit und Wasseraufnahme der Partikel
im wesentlichen innerhalb eines gewünschten engen Grenzbereichs
gehalten werden.
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Es ist weiterhin anzumerken, dass
das partikelförmige
Zwischenprodukt zum einen lange Zeit, zumindest einen Monat, in
Chargen gelagert werden kann, ohne dass es zur Zusammenballung oder
einem Verlust des Expansionsvermögens
kommt und zum anderen zur Herstellung von Baukörpern wie Platten und Blöcke für den Hoch-
und Tiefbau eingesetzt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft
ausgeführt,
sofern die Mischung des Rohmaterials einer Behandlung mit gesättigtem
Dampf unterzogen wird. Weiterhin ist es ratsam, das Rohmaterial
unter Einwirkung einer externen Wärmequelle mit Dampf zu behandeln.
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Ein Aspekt der Erfindung besteht
darin, dass das thermisch expandierbare, partikelförmige Zwischenprodukt
vor der Expansion nach Größe getrennt
wird. Ein wärmedämmendes
Baumaterial in Form eines thermisch expandierbaren Partikelmaterials
mit zuvor bestimmter Schüttdichte
und Wärmeleitfähigkeit,
das aus derartigen Zwischenprodukten gewonnen wird, ist zur Wärmedämmung und
als Füllstoff
für Leichtbeton
unmittelbar einsatzfähig
und überwiegt
die Nachteile von aufgeblähtem
Ton.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
liegt darin, dass das wärmedämmende Baumaterial
durch Aufnahme eines Partikelmaterials, vorzugsweise eines porösen Füllers, in
die zerkleinerte brüchige
Mischung des Zwischenprodukts vor der thermischen Expansion gewonnen
wird. Bei dem block- bzw. plattenförmigen Endmaterial beträgt die Dichte
maximal 520 kg/m3, die Druckfestigkeit mindestens
1,45 MPa und die Wasseraufnahme höchstens 22,6%. Als partikelförmiger Füller festgelegter
mittlerer Partikelgröße eignen
sich natürliche Materialien
wie Bimsstein, Tuff, Muschelgestein etc., künstliche poröse Materialien
wie Claydit, zerkleinerter Perlit, Vermiculit, Blähschlacke,
poröses
Sintergut sowie einige andere Materialien, in erster Linie Produktionsabfall
wie beispielsweise Cellulose bei der Papierherstellung, Gerbstoffe
bei der Lederverarbeitung und Flachs in der flachsverarbeitenden
Industrie.
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Die partikelförmigen Füllstoffe bewirken, dass sich
das Zwischenprodukt interpartikular ausdehnt, wodurch die Bildung
kontinuierlicher dampf- und gasundurchlässiger Oberflächenschichten
mit beträchtlich
geringer Wärmeleitfähigkeit
verhindert wird.
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Demzufolge kann ein Fachmann bei
merklicher Reduzierung des Energieverbrauchs Platten bzw. Blöcke festgelegter
Form und Ausmaße
allein durch Auswahl von Zwischenprodukt-Zusammensetzungen und Herstellungsbedingungen
erhalten.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft
anhand einzelner Zusammensetzungen beschrieben, aus denen die erfindungsgemäßen wärmedämmenden
Baumaterialien herzustellen sind wie auch die Herstellungsverfahren
und Testergebnisse unter Berücksichtigung
der Tabellen.
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In Tab. 1 sind die zur Durchführung der
Erfindung geeigneten, siliciumdioxidhaltigen Materialien sowie deren
Zusammensetzungen aufgeführt.
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Tabelle
1 Zusammensetzung silicumdioxidhaltiger Materialien
Anm:
- (a)
- die Abkürzung „TV" bezeichnet
den Trocknungsverlust als Anzeichen dafür, dass beim Rohmaterial organische
Verunreinigungen oder Wasser in den Kristallhydraten vorhanden sind.
- (b)
- In Spalte 10 stehen
die Prozentangaben für
den Anteil von Quarz bzw. kristallinem Siliciumdioxid am in Spalte
2 aufgeführten
Siliciumdioxid-Gesamtgehalt.
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Als Alkali wurde in dem Versuch eine
wässrige
40%ige Natriumhydroxid-Lösung
eingesetzt. Der erfindungsgemäß nützliche
Herstellungsprozess für
wärmedämmendes
Baumaterial beinhaltet generell folgende Schritte: Zerkleinern siliciumdioxidhaltigen
Materialien, vorzugsweise in mittlere Partikelgrößen von 1,0 bis 2,5 mm; Dosierung
von siliciumdioxidhaltigen Materialien, einem Alkalimetallhydroxid,
vorzugsweise Natriumhydroxid und Wasser bzw. einer Lösung mit
einer mindestens 40%igen Natriumhydroxid-Konzentration; Alkalisierung
und Befeuchtung des siliciumdioxidhaltigen Materials durch Beimischung
eines Alkalimetallhydroxids und Wasser oder einer entsprechenden
wässrigen
Hydroxidlösung;
Dampfbehandlung (Mischen optional) der entstandenen Mischung bei
atmosphärischem
Druck und einer Temperatur zwischen vorzugsweise 75°C bis 90°C zur Bildung
von Silicat-Hydraten, wobei während
der Dampfbehandlungsphase bei nur teilweiser Befeuchtung des siliciumdioxidhaltigen
Rohmaterials gesättigter
Dampf eingesetzt wird oder, bei gänzlich durchfeuchteter Mischung,
eine externe Wärmequelle
zur durchgehenden Erwärmung
der Mischung bis zur Dampfsättigung; Abkühlung der
dampfbehandelten Mischung auf Raumtemperatur (18°C bis 25°C) oder weniger bis zur Brüchigkeit;
Zerkleinern der gebildeten, brüchigen
Masse zur Herstellung eines partikelförmigen Zwischenprodukts; wahlweise
Trennung des Zwischenproduktes nach Größe; Zubereitung einer Mischung
aus dem zerkleinerten Zwischenprodukt in erforderlicher Menge mit
porösen
Zuschlagstoffen gewünschter
Größe, blockförmige Verarbeitung
der Mischung aus zerkleinertem Zwischenprodukt und porösem Zuschlagstoff
zur thermischen Expansion, sofern das Endprodukt in Form von Blöcken oder
Platten vorliegen soll; Wärmebehandlung
(Expansion) des partikelförmigen
Zwischenprodukts bei vorzugsweise 200°C bis 250°C über vorzugsweise 25 bis 35
Minuten zur Herstellung eines partikelförmigen Endprodukts oder bei
vorzugsweise 250°C
bis 450°C über vorzugsweise
2,5 bis 6 Stunden zur Herstellung eines block- oder plattenförmigen Endprodukts.
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In einigen Fällen, insbesondere bei Verwendung
der „sandartigen"
kleinen Partikelgrößen des
zerkleinerten Zwischenprodukts", ist es ratsam, der Mischung aus
zerkleinertem Zwischenprodukt und porösem Füller eine geringe Menge Wasser
beizumengen, um die Verarbeitbarkeit der Mischung und das Ausstreichen
der Oberfläche
zur thermischen Expansion zu erleichtern. Dem Fachmann sollte bekannt
sein, dass ebenso auf Vibrationsverfahren zurückgegriffen werden kann.
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Nach den zuvor beschriebenen Verfahren
wurden u.a. folgende Testmaterialien hergestellt: partikelförmige Materialien
mit Partikelgrößen bis
zu 5 mm, 5 bis 10 mm und 10 bis 20 mm; Platten bzw. Blöcke sowie kubische
Baukörper
mit Randmaßen
von 100 mm, 200 mm und 400 mm.
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Wärmedämmende Baustoffe
und Baukörper
gleicher Form und Abmessung wurden entsprechend des Ukraine-Patents
Nr. 3802 zum Vergleich hergestellt.
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In Tab. 2 und 3 ist die Zusammensetzung
der bei den Versuchen und Verfahrensbedingungen eingesetzten Rohmaterialien
aufgeführt.
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Tabelle
2
Zusammensetzung der Rohmaterialien, Verfahrensbedingungen
und physikalische Eigenschaften partikelförmiger wärmedämmender Materialien
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Tabelle
3
Zusammensetzung der Rohmischungen, Verfahrensbedingungen
und physikalische Eigenschaften wärmedämmender blockartiger Baumaterialien
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Anm. Als poröser Füllstoff wurde das partikelförmige wärmedämmende Baumaterial
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einer Partikelgröße von 5
bis 15 mm und einer Schüttdichte
von ca.200 kg/m3 eingesetzt.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten wärmedämmenden
Baumaterialien sowie diejenigen nach dem Stand der Technik (Ukraine-Patent
Nr. 3802) wurden auf folgende Eigenschaften hin untersucht:
- (a)
Partikel-Materialien
- – Schüttdichte,
kg/m3
- – Druckfestigkeit
in einem Zylinder, MPa
- – Wasseraufnahme,
Gew.-%
- – größenmäßiger Ausschuss,
Gew.-%
- (b) Blöcke
und Platten
- – Dichte,
kg/m3
- – Druckfestigkeit
in einem Zylinder, MPa
- – Wasseraufnahme
in Gew.-%
- – kavitätenbedingter
Ausschuss in Gew.-%
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In allen Fällen wurden Dichte und Schüttdichte,
Druckfestigkeit und Wasseraufnahme anhand konventioneller Methoden
ermittelt.
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Als größenmäßiger Ausschuss wurden Partikel
definiert, deren Größe oberhalb
einer zuvor bestimmten, mittleren Partikelgröße des Gemenges lag. Als kavitätenbedingter
Ausschuss wurde der Anteil kubischer Baukörper an der Gesamtmenge der
hergestellten Baukörper
definiert, der eindeutig Kavitäten
aufwies. Die kubischen Baukörper
wurden in Chargen von je Hundert hergestellt.
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Die Testergebnisse der partikel-
bzw. blockförmigen
Materialien sind in Tab. 4 u. 5 zusammengefasst. In den Tabellen
werden die Maßeinheiten
nicht aufgezeigt, da sie den oben erwähnten Maßeinheiten entsprechen.
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Tabelle
4
Qualitätseigenschaften
partikelförmiger
wärmedämmender
Baumaterialien
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Tabelle
5
Qualitätseigenschaften
blockförmiger
wärmedämmender
Baumaterialien
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Die Ergebnisse in Tab. 4 zeigen,
dass die Schüttdichte
der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten,
partikelförmigen
wärmedämmenden
Baumaterialien im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik hergestellten
Materialien eine sehr viel geringere Schwankungsbreite aufweist
und durch Änderung des
Bestandteilgehalts der Rohmischungen gesteuert werden kann. Die
erfindungsgemäß hergestellten
Materialien zeigen einen geringeren Schwankungsbereich in Hinblick
auf Druckfestigkeit und Wasseraufnahme, wobei diese auch steuerbar
sind und auch dann vorteilhafter, wenn die Schüttdichte ungefähr derjenigen
nach dem Verfahren nach dem Stand der Technik entspricht. Schließlich ist
noch anzumerken, dass der größenmäßig verworfene
Ausschuss bei den erfindungsgemäßen Materialien
um einen Häufigkeitsfaktor
10, 20 bzw. 30 geringer war als bei denjenigen nach dem Stand der
Technik, wobei die Partikelgröße praktisch
unbedeutend war.
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Ferner ist zur Kenntnis zu nehmen,
dass der Steuerungsbereich der Qualitätseigenschaften bei den erfindungsgemäßen Materialien,
der sicherlich nicht erschöpfend
ist, den Bedürfnissen
der Abnehmer entspricht.
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Die Ergebnisse in Tab. 5 zeigen,
dass im Vergleich zu den nach den bekannten Verfahren gewonnenen
Materialien die Dichte der (neuartigen) wärmedämmenden Baumaterialien, die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
blockartig gewonnen wurden ebenso wie die partikelförmigen Materialien
auch deutlich geringere Schwankungsbreiten aufweist und durch Änderung
des Bestandteilgehalts für
die neuen Rohmischungen gesteuert werden kann. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten blockartigen Materialien ebenso wie die partikelförmigen Materialien
zeigen einen engeren Schwankungsbereich hinsichtlich Druckfestigkeit
und Wasseraufnahme, wobei letztere auch steuerbar sind und in den
Fällen, in
denen die Dichte ungefähr
derjenigen der (nach dem Stand der Technik) gewonnenen Materialien
entspricht, sind diese Eigenschaften vorteilhafter. Schließlich wurden
bei erfindungsgemäß hergestellten
Materialien Kavitäten
eher selten beobachtet, wobei die Abmessungen der Blöcke bzw.
Platten kaum einen Einfluss auf das Auftreten von Kavitäten hatten,
während
die Menge der nach dem bekannten Verfahren hergestellten Blöcke bzw.
Platten mit Randmaßen
von über
100 mm, die verworfen wurde, nicht akzeptabel ist.
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Auch hier ist wieder festzustellen,
dass bei Einsatz des erfindungsgemäßen, partikelförmigen Materials
als poröser
Füllstoff
zur Herstellung der Blöcke
der obere Grenzwert der Dichte der erfindungsgemäßen, blockartigen Materialien
niedriger liegt als der untere Grenzwert der Dichte der gleichen,
nach dem Stand der Technik hergestellten Materialien, wobei Wasseraufnahme
und Festigkeit unverändert
sind.