Hydraulisch abbindende Masse
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch abbindende Masse aus hydraulisch abbindendem Bindemittel, Armierungsmaterial und Füllstoffen zur Herstellung von temperaturbeständigen Bauteilen mit Schaumstruktur.
Unter „temperaturbeständig" werden solche Bauteile bezeichnet, die Temperaturen von 500°C bis 1200°C standhalten.
Aus der Praxis ist bekannt, dass man mit Hilfe von Schaummitteln Leichtbetone aus verschiedenen hydraulischen Bindemittel, üblicherweise Portlandzemente, erzeugen kann und diese als Isoliermaterial unter Estrichen, Straßen und anderen Bauwerken einsetzt. Auch Formteile lassen sich aus diesem Material herstellen mit Dichten, die üblicherweise oberhalb von 0,4 kg/dm3 liegen und nach oben bis 2,6 kg/dm3 eingestellt werden können. Es ist weiter bekannt, dass durch den Einsatz von tonerdehaltigen Zementen (Calciumaluminatzemente ) die Temperaturbeständigkeit derartiger Mischungen verbessert werden kann. Problematisch im Einsatz als Wärmedämmelement oder Flammschutzteil sind diese Schäume durch ihr Schwinden unter Temperatur, das mit der Wasserabgabe des Hydratationswassers in allen Fällen eintritt.
Weiter ist bekannt, dass durch Zugabe von Fasern die Dimensionsstabilität von Baustoffen verbessert werden kann.
Es ist schließlich bekannt, dass bei Schamottesteinen durch die Zugabe von hochtemperaturbeständigen (1200 - 1600°C) Füllstoffen und/oder Fasern und die Herabsetzung der Bindemittelmenge eine Verringerung des Schwindens erreicht werden kann. Für die Herstellung von leichten Schamottsteinen werden üblicherweise die Mischungen mit brennbaren Materialien versehen (z.B.: Holzmehl) und die so erhaltenen Steine in einem Brennofen gebrannt, wobei die brennbaren Materialien abbrennen und Hohlräume hinterlassen.
Die Druckschrift WO 02/28799 AI betrifft ein Brandschutzmaterial für Konstruktionen aus Beton und Spannbeton in Form von vorgefertigten Platten oder aufgespritzten, abgebundenen Beschichtungen. Dieses Brandschutzmaterial wird aus hydraulisch abbindenden Gemischen enthaltend Ton, Erde, Schmelzzement, Füllstoffen sowie gegebenenfalls Fasern, Abbindebeschleunigern, Abbindeverzögerern, Plastifiziermitteln und Schaumbildnern hergestellt. Als wesentliches Merkmal wird bei dieser bekannten Ausbildung festgehalten, dass das abgebundene Material weniger als 5 Gew.%
Ettringit und das Gemisch, in der noch nicht abgebundenen Mischung, 50 bis 200 Gew.-Teile Tonerdeschmelzzement und 10 bis 250 Gew.-Teile Xonotlit enthält. Bei diesem Brandschutzmaterial handelt es sich um ein Material, das als kompakte Masse entweder in vorgegossener Plattenform oder aufgespritzt wird, wobei die Dichte des Materials durch die Wahl und die Menge des eingesetzten Füllstoffes gesteuert wird.
Im Gegensatz zu dieser Ausbildung handelt es sich beim Erfmdungsgegenstand, um eine hydraulisch abbindende Masse zur Herstellung von temperaturbeständigen Bauteilen mit Schaumstruktur. Die Erfindung betrifft somit eine grundsätzlich andere Klasse von Baustoffen, da bei Bauteilen mit Schaumstruktur das Schwindungsverhalten beim Trocknen bzw. Brennen anderen Kriterien unterworfen ist, als die aus WO 02/28799 AI bekannten Bauteile. Bei gegossenen bzw. aufgespritzten massiven Bauteilen wird nämlich die Formerhaltung und die Festigkeit im wesentlichen dadurch erzielt, dass die Teilchen der hydraulisch abbindenden Masse, entweder direkt aneinanderliegen bzw. an der Außenwandung von Füllstoffen mit Schaumstruktur anliegen, wogegen bei einer Schaumstruktur der Halt innerhalb des Bauteiles durch die zwischen den Blasenwandungen verlaufenden Materialbrücken gebildet werden
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde eine hydraulisch abbindende Masse mit Schaumstruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher temperaturbeständige, formstabile Dämm- und Brandschutzmassen mit einer Dichte unter 1,2 kg/dm3 herstellbar sind.
Erfmdungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass, alles bezogen auf die Trockenmischung, als Bindemittel temperaturbeständige Bindemittel in einer Menge von 20- 90%, insbesondere 30-50%, als Armierungsmaterial temperaturbeständige bzw. hochtemperaturbeständige Fasern und/oder Plättchen in einer Menge von 10-80%, insbesondere 20-60%, und Füllstoffe in einer Menge von 0-50%o, insbesondere 10-30%, enthalten sind, wobei zu dieser Mischung 20-70%> Wasser und 0,1-2%) Schäumer, beides bezogen auf die Gesamtmenge, zugesetzt sind. Durch diese Zusammensetzung bildet die Masse während des Abbindens ein formstabiles Gerüst aus Fasern und/oder Plättchen und Bindemittel, welches ein Schwinden der Masse beim Abtrocknen bzw. später beim allfälligen Brennen weitestgehend verhindert. Die fertigen Produkte brauchen nicht gebrannt zu werden um temperaturbeständige Massen zu erhalten, sondern sie können direkt vor Ort verarbeitet und in situ gehärtet werden.
Um eben die stabilen Brücken zwischen den Gasblasen innerhalb der Bauteile zu erreichen, ist es wesentlich, dass einerseits die Schaumstruktur als solche, also die
Blasengröße, kontrolliert und gleichmäßig ist und andererseits diese Materialbrücken entsprechend stabil sind, damit bei einem Brenn- oder Trockenvorgang ein Schrumpfen der Platte vorgebeugt ist. Durch die erfmdungsgemäßen Mengenverhältnisse wird erreicht, dass sich durch die temperaturbeständigen Fasern und/oder Plättchen in Verbindung mit Bindemittel und Schaumstruktur eine skeletale Struktur in der Blasenwandung bzw. in den Materialbrücken zwischen den Blasen aufbaut, wobei das Bindemittel quasi Knotenverbindungen im Bereich aneinanderliegender Fasern aufbaut, wodurch das erwähnte formstabile Gerüst aus Armierungsmaterial und Bindemittel entsteht.
Mit der erflndungs gemäßen Masse können Dichten von etwa 0,3 bis etwa 1,2 kg/dm3 erreicht werden, wobei auch bei sehr hohen Brenntemperaturen zwischen 1000 und 1500 °C formstabile und rissfreie Formkörper erzielt werden können.
Weiter können mit dieser Masse auch Feuerleichtsteine erzeugt werden bzw. vor Ort in Formen gegossen werden, ohne diese Formsteine zu brennen. So könnte die Masse beispielsweise in ein Brandschutzpaneel, eine Brandschutztüre, oder dergleichen eingefüllt und aushärten gelassen werden. Auf Grund der weitestgehenden Schwindungsfreiheit bleibt das Brandschutzpaneel völlig mit der ausgeschäumten Masse befällt, so dass es im Brandfall nicht zu unerwünschten Temperaturbrücken kommen kann. Durch die Einsatzmenge von verschiedenen Mengen des Schaums oder des Schäumers lässt sich die Dichte des Formkörpers bzw. die des erzielten Elements in weiten Bereichen variieren, wobei die Temperaturstandfestigkeit auch durch die Auswahl des hydraulischen Bindemittels, der Fasern und/oder der Füllstoffe erzielbar ist. Die Füllstoffe, insbesondere dann, wenn es sich um Leichtfüllstoffe oder Füllstoffe mit Bläschenstruktur handelt, erhöhen diese Wirkung der formstabilen Körper.
Vorteilhafterweise kann die Masse zusätzlich einen Beschleuniger in einer Menge von 0,95 bis 2 % bezogen auf die Trockenmischung enthalten, wodurch ein rascheres Abbinden und damit Ausbilden der Gerüststruktur erreicht ist. Zusätzlich kann die Masse einen Schaumstabilisator in einer Menge von 0,05 bis 2,0 % bezogen auf die Trockenmischung enthalten, was bewirkt, dass sich die Gerüststruktur der Schaumstruktur entsprechend ausbildet und damit die Hohlräume stabil gestaltet. Die Auswahl des Bindemittels erfolgt in Abhängigkeit von den Beanspruchungen des fertigen Produktes, wobei als Bindemittel Zement wie z.B. Portlandzement, Calciumaluminatzemente, Magnesit, Gips, und Mischungen derselben einsetzbar sind. Gips wird aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften nur für wirklich trockene Bereiche einsetzbar sein. Als temperaturbeständige Fasern haben sich insbesondere mineralische
Fasern, wie Calciumsilikatfasern, z.B.: Wollastonit, oder Zirkonfasern und dergleichen, als vorteilhaft erwiesen. Als temperaturbeständige Plättchen eignen sich besonders Glimmer, dessen Mischformen oder ähnliche Materialien Wesentlich ist, dass die Fasern bzw. auch die Plättchen bei Temperaturen von 700°C bis mindestens 1600°C beständig sind. Bezüglich der schon angesprochenen Füllstoffe können formbeständige und/oder blähbare Mineralien z.B.: Aluminiumoxide, Zirkonoxid, Silikate, vulkanische Gesteine und dergleichen zugesetzt werden, wobei gerade die blähbaren Mineralien bei durch Brennen ausgehärteten Formsteinen vorteilhaft sind, weil diese blähbare Materialien beim Brennen gleichzeitig aufgebläht werden und damit die leichtere Struktur eines fertigen Körpers ergeben. Es können aber auch bereits geblähte Leichtfüllstoffe, wie z.B.: Perlite, Blähglas, Mikrohohlkugeln und dergleichen, eingesetzt werden, und zwar vor allem bei Produkten, die nicht gebrannt werden. Als Füllstoffe können auch puzzolanisch reaktive Füllstoffe z.B. Flugasche, Mikrosilika, Metakaolin und dergleichen zugesetzt werden. Als Schäumer eignen sich organische tensioaktive Substanzen, wie ionische und nichtionogene Tenside, Saponine, Betaine, Proteinschäumer, Polypeptide und deren Mischungen. Um insbesondere die
Schäume zu stabilisieren, können auch organische Substanzen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gelatine, Xanthangummi, Guarmehl, Alginate und dergleichen zugesetzt sein.
Um insbesondere bei langsam aushärtenden Bindemittel eine rasche Reaktion zu erreichen, können Beschleuniger wie z.B. Warmwasser und/oder Lithiumcarbonat und/oder Calciumformiat zugegeben werden.
Falls das Produkt gießfähig sein soll, dann kann zusätzlich auch ein Verflüssiger, wie z.B. Naphtalinsulfonate, Melaminsulfonate, Ligninsulfonaten und/oder Polycarboxylether, zugesetzt werden. Soll hingegen das Produkt von Anfang an formstabil und formbar sein, dann kann ein Verdicker, wie z.B. Polyacrylat, Polyurethan und ähnliches, zugesetzt werden. In der Folge sind einige Mischungen angeführt, wobei die Formstabilität unter
Temperaturbelastung und die Dichte gemessen ist.
Beispiel 1: Teile
Calciumaluminatzement (80%o Al2O3) 40
Wollastonit 30
Wasser 40
Aufgeschäumt mit 0,4 Teilen Proteinschäumer ergibt: Dichte Schwund kg/dm3 %
Nach Trocknung bei 110°C 0,51 ca. 0
Nach 4h bei l000°C 0,44 ca. 0,6
Nach 4h bei l200°C 0,44 ca. 2
Dichte und Schwund wurden nach Abkühlen auf Raumtemperatur gemessen
Beispiel 2: Teile
Calciumaluminatzement (70%> Al2O3) 40 Kalziniertes Metakaolin 15 Wollastonit 15 Wasser 30
Aufgeschäumt mit 0,4 Teilen Proteinschäumer ergibt: Dichte Schwund kg/dm3 %
Nach Trocknung bei 110°C 0,71 ca. 0
Nach 4h bei l000°C 0,65 ca. 0,9
Nach 4h bei l200°C 0,54 ca. 2
Beispiel 3: Teile
Calciumaluminatzement (40%o Al2O3) 35 Kalziniertes Metakaolin 15 Wollastonit 20 Wasser 30
Aufgeschäumt mit 0,4 Teilen Proteinschäumer ergibt: Dichte Schwund kg/dm3 %
Nach Trocknung bei 110°C 0,68 ca. 0 Nach 4hbei l000°C 0,60 ca. 1
Beispiel 4: Teile
Calciumaluminatzement (40% Al2O3) 35 Geblähtes Glasgranulat 0,5-1 mm 18 Mikrohohlglaskugeln 0,5
Wollastonit 14 Wasser 30
Aufgeschäumt mit 0,4 Teilen Proteinschäumer ergibt: Dichte Schwund kkgg//ddm %
Nach Trocknung bei 110°C 0,48 ca. 0 Nach 4h bei l000°C 0,39 ca. 1
Beispiel 5: Teile
Calciumaluminatzement (40% Al2O3) 20 Portland Zement 42,5 60 Wollastonit 20 Wasser 43
Aufgeschäumt mit 0,1 Teilen ionischen Tensidschäumer ergibt: Dichte Schwund kg/dm3 %
Nach Trocknung bei 110°C 0,72 ca. 0
Beispiel 6: Teile
Portland Schnellzement 40 Portland Zement 42,5 40 Wollastonit 20 Wasser 30
Aufgeschäumt mit 0,1 Teilen ionischen Tensidschäumer ergibt: Dichte Schwund kg/dmJ %
Nach Trocknung bei 110°C 0,61 ca. 0
Beispiel 7; Teile
Baugips 66
Wollastonit 33
Wasser 60
Aufgeschäumt mit 0,5 Teilen Proteinschäumer ergibt: Dichte Schwund kg/dm3 %
Nach Trocknung bei 110°C 0,75 ca. 0 Nach 4h bei l000°C 0,64 ca. 1
Beispiel 8: Teile
Calciumaluminatzement (80% Al O3) 60 Glimmer 40 Wasser 40
Aufgeschäumt mit 0,4 Teilen Proteinschäumer ergibt: Dichte Schwund kg/dm3 % Nach Trocknung bei 110°C 0,74 ca. 0 Nach 4h bei l200°C 0,60 ca. 2
Beispiel 9: Teile
Calciumaluminatzement (70% Al2O3) 40
Glimmer 20
Wollastonit 10
Wasser 60
Aufgeschäumt mit 0,4 Teilen Proteinschäumer ergibt Dichte Schwund kg/dm3 %
Nach Trocknung bei 110°C 0,47 ca. 0
Nach 4h bei l200°C 0.35 ca. 0,2