DE102008001176B4

DE102008001176B4 - Formkörper und Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers

Info

Publication number: DE102008001176B4
Application number: DE200810001176
Authority: DE
Inventors: Bernd Von Hermanni; Anton Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Srz Schutzrechte Verwaltungs-Gmbh De
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: DE102008001176A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und einen Formkörper, insbesondere eine Formplatte, umfassend die Bestandteile Zement, Flugasche, Aluminiumoxid (AL2O3), Eisenoxid (Fe2O3) und Anhydrit, wobei die Bestandteile folgende Zusammensetzung aufweisen: 20-40 Gew.-% Zement, 40-70 Gew.-% Flugasche, 5-15 Gew.-% Aluminiumoxid, 0-5 Gew.-% Eisenoxid und 0-5 Gew.-% Anhydrit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkörper, insbesondere eine Formplatte, aus Zement, Flugasche, Aluminiumoxid sowie ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Formkörpern.
Im Baustoffsektor und in der Bauindustrie werden immer höhere Anforderungen an die verwendeten Bauelemente gestellt. Insbesondere aus Beton gefertigte Bauelemente werden nicht nur für tragende Konstruktionen, die Bewehrelemente umfassen, eingesetzt, sondern dienen beispielsweise auch als schallabsorbierende Elemente für Lärmschutzwände oder ähnliche Wände.
Schallabsorbierende Bauelemente sind beispielsweise aus der DE 20 2006 008 233 U1 , DE 103 38 213 A1 , DE 100 20 955 A1 oder aus DE 39 16 299 A1 bekannt. Häufig wird bei der Verwendung absorbierender Bauelemente Blähglas, Blähglasgranulat oder Blähtongranulat verwendet, um eine möglichst gute Lärmunterdrückung zu bewirken.
In der DE 197 28 525 C1 wird beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von hydrothermal gehärtetem Porenbeton und Formkörpern aus Porenbeton beschrieben. Die Feststoffkomponenten des Porenbetons setzen sich hauptsächlich aus Zement, Kalk, Steinkohlenflugasche und einem Porenbildner zusammen. Die Verwendung von Flugasche zur Herstellung von Aluminosilikat-Bindemitteln, die auch einen Zementofenstaubanteil und eine vorgegebene Menge an Hochofenschlacke einschließen, ist beispielsweise aus der EP 1 091 914 B1 bekannt.
Insbesondere bei der Verwendung der bekannten Bauelemente als plattenförmige Formkörper reduziert sich ihr Absorptionsvermögen deutlich. Teilweise können die aktuellen Anforderungen an die Schallabsorption nicht mehr oder nur noch bei der Verwendung von besonders dicken Absorptionsplatten erfüllt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Formkörper, insbesondere eine Formplatte, zur Verfügung zu stellen, deren Absorptionsvermögen deutlich verbessert ist.
Gelöst wird die vorliegende Aufgabe durch einen Formkörper, insbesondere eine Formplatte, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Die rückbezogenen Unteransprüche weisen jeweils bevorzugte Ausgestaltungen des Formkörpers bzw. des Herstellungsverfahrens auf.
Der erfindungsgemäße Formkörper basiert auf einer Mischung mit den Bestandteilen Zement, Flugasche, Aluminiumoxid (Al₂O₃). Der Formkörper wird durch die Vermischung dieser Trockenmischung mit Wasser hergestellt. Vorzugsweise hat die Trockenmischung die zusätzlichen Bestandteile Eisenoxid (Fe₂O₃) und/oder Anhydrit.
Erfindungsgemäß ist die Zusammensetzung der Bestandteile der Trockenmischung derart, dass 20 Gewichtsprozent (Gew%) bis 40 Gew% Zement vorliegen. Der Anteil an Flugasche liegt zwischen 40 Gew% und 70 Gew%. Aluminiumoxid liegt mit einem Anteil von 5 Gew% bis 15 Gew% vor. Der optionale Bestandteil Eisenoxid hat einen Anteil von bis zu 5 Gew%. Der optionale Bestandteil Anhydrit weist einen Anteil von bis zu 5 Gew% auf. Ein Formkörper mit diesen Bestandteilen wird in Fachkreisen als Hydrosilikat-Formkörper (bzw. Hydrosilikat-Platte) bezeichnet und ist ein Konglomerat von Hydrogranaten und Hydrosilikaten.
Der erfindungsgemäße Formkörper weist sehr positive Eigenschaften im Bezug auf sein Absorptionsvermögen auf. Er ist nicht nur für die Luftschalldämmung geeignet sondern hat auch sehr gute (luft-)schallabsorbierende Eigen schaften. Deshalb ist er besonders geeignet, um in Form einer Formplatte zur Schallreduzierung eingesetzt zu werden. Der Luftschall wird durch die erfindungsgemäße Formplatte nicht nur gedämpft, sondern auch absorbiert. Die Hydrosilikatplatte mit der oben genannten Zusammensetzung hat auch eine sehr große Alterungsbeständigkeit, so dass sie sich selbst über einen Zeitraum von mehreren zehn Jahren nicht verändert.
In einer besonderen Ausführungsform ist der Anteil von Zement bei dem Formkörper im Bereich von 25 Gew% bis 35 Gew%, bevorzugt von 28 Gew% bis 30 Gew%. Besonders bevorzugt liegt der Anteil an Zement bei 29 Gew% für eine derartige Platte.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Absorptionsplatte, deren Anteil an Flugasche im Bereich von 45 Gew% bis 65 Gew%, bevorzugt zwischen 50 Gew% und 55 Gew% liegt. Sehr bevorzugt ist ein Anteil von 53,5 Gew% Flugasche.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Formkörpers liegt der Anteil von Aluminiumoxid (Al₂O₃) im Bereich von 8 Gew% bis 13 Gew%, bevorzugt von 10 bis 12 Gew%. Besonders bevorzugt sind 11 Gew% % Al₂O₃.
Ebenso ist ein Formkörper bevorzugt, deren Eisenoxidanteil (Fe₂O₃) im Bereich von 1,5 Gew% bis 5 Gew%, vorzugsweise von 2 Gew% bis 4 Gew% liegt. Besonders bevorzugt ist der Anteil bei 3,5 Gew%.
Der Anteil an Anhydrit in der Gesamtzusammensetzung des Formkörpers beträgt vorzugsweise zwischen 1,5 Gew% und 5 Gew%, bevorzugt zwischen 2 Gew% und 4 Gew%. Besonders bevorzugt ist der Anteil an Anhydrit 3 Gew%.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Formkörpers bzw. der Formplatte mit der Zusammensetzung von 29 Gew% Zement, 53,5 Gew% Flugasche, 11 Gew% Gew%, 3,5 Gew% Eisenoxid und 3 Gew% Anhydrit. Eine derartige Formplatte hat sehr gute Eigenschaften im Bezug auf das Absorptionsvermögen von Schall und ist sehr alterungsbeständig.
Als Flugasche wird dabei der in Wärmekraftwerken während der Verbrennung entstehende feste, disperse (teilchen-, partikel- oder staubförmige) Rückstand bezeichnet. Die Teilchengröße der Flugasche liegt etwa zwischen 1 Mikrometer und 1 Millimeter. Bevorzugt ist dabei hochwertige Flugasche, wie sie in der Baustoffindustrie bekannt ist und eingesetzt wird.
In einer Ausführungsform weist der Formkörper innere Kapillarkanäle auf, die aus einzelnen isotropen Kapillaren gebildet werden. Diese bevorzugt langkettigen Kapillare oder Kapillarkanäle durchziehen den gesamten Formkörper. Unter Kapillarkanälen werden bevorzugt beliebig geformte, lang gestreckte Ausnehmungen verstanden, die vorzugsweise aus mehreren Hohlräumen durch deren Verbindung gebildet werden. Bevorzugt sind die Kapillarkanäle nach außen hin offen und (innen) miteinander verbunden. Ein solcher Formkörper aus Zellenbeton hat aufgrund seiner isotropen Kapillaren im Inneren sehr gute Absorptionseigenschaften. Auf dem Formkörper auftreffender Luftschall wird in die Kapillarkanäle eingeleitet und von diesen aufgenommen. Eine Reflexion des Luftschalls an der Oberfläche des Formkörpers ist damit deutlich reduziert. Der größte Anteil des Schalls tritt in den Formkörper ein und wird quasi absorbiert. Wieder aus dem Formkörper austretender Schall wird sehr stark reduziert und läuft sich quasi in den verbundenen Kapillarkanälen tot. Ein Austreten des Schalls oder gar eine Reflexion des Schalls an der Platte erfolgt diffus, so dass schon dadurch der Eindruck einer Schallreduktion oder Dämmung erfolgt. Der Schallabsorptionsgrad α des Formkörpers liegt im Frequenzbereich ab 600 Hertz größer 60%, im Bereich zwischen 800 und 1050 Hertz größer 80% Prozent.
Im Rahmen der Erfindung wurde herausgefunden, dass der Formkörper nicht nur sehr gute schallabsorbierende Eigenschaften hat. Aufgrund der isotropen Kapillaren in dem Zellenbeton ist der Formkörper auch zur Be- und oder Entfeuchtung geeignet. Die Kapillarkanäle können eine große Menge Feuchtigkeit aufnehmen und geben diese langsam und verzögert wieder an die Umgebung ab. Die Wasseraufnahmefähigkeit des erfindungsgemäßen Formkörpers liegt bei ca. 600 Litern pro Kubikmeter. Durch die Feuchtigkeitsaufnahme und die Speicherung der Feuchtigkeit kann die Platte beispielsweise zur Be- und Entfeuchtung von Räumen verwendet werden. Der Formkörper schafft somit ein sehr angenehmes Raumklima. Mögliche Einsatzgebiete des Materials sind deshalb auch die Schimmelbekämpfung.
Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass bei einem Formkörper mit ca. 6,5 Kilogramm Masse der Feuchtegehalt im trockenen Zustand bei 0,9 Volumenprozent liegt. Nach einer Lagerung bei 23 Grad Celsius Raumtemperatur und 80 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit bis zur Massenkonstanz ergibt sich ein mittlerer Ausgleichsfeuchtegehalt von 1,7 Volumenprozent.
Im Rahmen der Erfindung wurde darüber hinaus festgestellt, dass sich die Formkörper auch für Hydrokulturen eignen, da sie eine sehr hohe Wasseraufnahmefähigkeit aufweisen.
Der erfindungsgemäße Formkörper hat darüber hinaus den Vorteil, dass er sehr gute Umweltverträglichkeit aufweist. Insbesondere ist er für Allergiker sehr gut geeignet, da keine Allergie erzeugenden Stoffe verwendet werden. Der Formkörper eignet sich deshalb auch besonders bei der Verwendung im Hausbau zur Schalldämmung oder zur Entfeuchtung von Kellerräumen.
Der Formkörper lässt sich nach seinem Gebrauch einfach recyceln, da er keinerlei Schadstoffe enthält. In seiner Zusammensetzung entspricht er schon heute dem Kreislauf Wirtschafts- und Abfallgesetz, so dass die Formkörper einfach dem Recyclingzyklus zugeführt werden können.
Aufgrund der vorgenannten Eigenschaften der faserfreien Hydrosilikatplatte ist ihr Einsatzgebiet vielfältig. Beispielsweise ist es möglich, Formkörper im Bereich des Straßen-, Bahn- und Flugwesens einzusetzen; sie eignen sich hervorragend als Schallschutzwände.
Darüber hinaus können sie als Wandverkleidungen für den Salzschutz verwendet werden. Weitere Anwendungsgebiete liegen im Bereich von Akustikwänden oder Akustikdecken. Als Breitbandabsorber können sie mit geschlitzten, gelochten oder erhabenen Oberflächenstrukturen ausgestattet sein, um über einen breiten Frequenzbereich Schall zu absorbieren. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften sind sie auch geeignet, um in Abgasschalldämpfern (beispielsweise als Kernmaterial) verwendet zu werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Formkörpers ist seine Dichte zwischen 100 und 400 Kilogramm pro Kubikmeter, bevorzugt zwischen 200 und 300 Kilogramm pro Kubikmeter. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung liegt die Dichte bei 230 bis 270 Kilogramm pro Kubikmeter. Seine Druckfestigkeit liegt etwa im Bereich von 1,0 bis 1,5 Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²), die Biegefestigkeit liegt im Bereich von 0,5 bis 1 N/mm².
Bei der Verwendung als Baumaterial ist zu beachten, dass der Formkörper nicht brennbar ist und damit in die Klasse A1 kategorisiert wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Formkörpers liegt darin, dass insbesondere die Absorptionsplatten sehr einfach zu verarbeiten sind. Die Platten können je nach Einsatzgebiet geklebt, aufgeschraubt oder eingegossen werden. Beispielsweise können sie aufgrund ihrer Eigenstabilität auch zwischen zwei Halterungen eingespannt werden, insbesondere wenn sie als Schallschutzwände verwendet werden.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Formkörpern vorgeschlagen. Insbesondere lassen sich damit erfindungsgemäße Formkörper oder Formplatten produzieren. Die Herstellung der Formkörper erfolgt in mehreren Schritten. Die Komponenten Zement, Flugasche und Aluminiumoxid werden in einem Mischer gemischt. Die Mischung erfolgt chargenweise. Besonders bevorzugt werden als weitere Komponenten Eisenoxid und/oder Anhydrit hinzu gegeben. Die exakte Zusammensetzung der einzelnen Komponenten hängt von den Eigenschaften des Formkörpers ab, definiert sich jedoch im Rahmen der oben genannten Zusammensetzung, wobei der Anteil an Flugasche dominiert. Selbstverständlich können weitere Komponenten enthalten sein.
Vor oder während des Vermischens der trockenen Komponenten wird dem Gemisch Wasser hinzugefügt. Bevorzugt liegt der Anteil von Wasser bei etwa 2/3 der Masse des Gemischs aus den trockenen Einzelkomponenten. Bevor zugt liegt der Anteil von Wasser zwischen 50 und 75 Gewichtsprozent zu der Summe der einzelnen Komponenten.
Im weiteren Verfahrensschritt wird ein Schaumbildner hinzugefügt. Dies erfolgt vorzugsweise in einem (Horizontal-)Rührwerk, das bevorzugt einen Schneckenmischer mit einem Schneckenrad umfasst.
Der Schaumbildner ist bevorzugt ein synthetisches Produkt auf Zuckerbasis, das langsam hinzu gegeben wird. Der Schaumbildner umfasst also Glucose-Derivate und ist vorzugsweise hydrophob. Beispielsweise kann der Schaumbildner auf einer Ölsäure basieren und weist zum Teil eine Proteinbasis auf, umfasst also Proteine. Die Dosierung des Schaumbildners erfolgt in Abhängigkeit des gewünschten Raumgewichts. Durch die Verwendung eines Schaumbildners wird das Bilden von einzelnen (gas- oder) luftenthaltenden Zellen (Poren) gefördert und unterstützt.
Sowohl die Komponente Wasser als auch der Schaumbildner werden solange hinzugefügt, bis ein gewünschtes Volumen erreicht wird. Sobald eine homogene Durchmischung und das gewünschte Volumen vorliegt, wird das Gemisch in eine Form eingefüllt und anschließend bei einer vordefinierten Vorwärmtemperatur temperiert, bis das Gemisch einen formstabilen Rohling bildet. In einem weiteren Schritt wird der Rohling aus der Form entnommen und einer Wärmebehandlung bei einer vorbestimmten Prozesstemperatur und einem vorbestimmten Prozessdruck über eine definierte Zeit ausgesetzt, um ein Formteil zu bilden. Das fertige Formteil kann anschließend weiter verarbeitet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, aus den oben genannten Komponenten Formkörper zu bilden, die großzellige Kapillaren in offenen Zellen aufweisen. Die während der Herstellung entstehenden isotropen Kapillaren in einem Zellenbeton bilden die Grundlage für die sehr guten Absorptionseigenschaften, die es ermöglichen sowohl Schall zu absorbieren als auch große Mengen an Feuchtigkeit aufzunehmen und diese langsam wieder an ihre Umgebung abzugeben.
Erfindungsgemäß wird die offenzellige Struktur des fertigen Materials dadurch gebildet, dass der Herstellungsprozess in mehreren Stufen abläuft. Nach der Bildung des Gemischs und dem Einfüllen in eine Form wird bevorzugt in einer ersten Prozessstufe durch den Einsatz der ferrithaltigen Rohstoffe eine stabile Kette von Hydrogranaten gebildet. In dieser Prozessstufe, die vor dem Temperieren stattfindet, wird das in eine Form gefüllte Gemisch für mindestens 30 Minuten, bevorzugt mindestens 45 Minuten und besonders bevorzugt mindestens 60 Minuten bei einer vorbestimmten Temperatur zwischengelagert. Sehr bevorzugt ist eine Zwischenlagerung von mindestens 90 Minuten. Die Lagerung bei Temperaturen zwischen 20 bis 40 Grad Celsius kann in einer speziellen Wärmekammer oder in einer Lagerhalle stattfinden. In besonderen Fällen soll die Zwischenlagerung nicht länger als 90 Minuten dauern. Im Hinblick auf einen ökonomischen Prozessablauf ist die Lagertemperatur in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Komponenten zu wählen und zu optimieren.
In einer zweiten Stufe nach der Lagerung wird das in Formen gefüllte Gemisch temperiert. Bevorzugt findet das Temperieren in einer Wärmekammer statt, deren Temperatur ca. 10 bis 50 Grad Celsius wärmer ist als das in die Wärmekammer eingebrachte Gemisch. Bevorzugt ist die Temperatur der Wärmekammer 10 bis 30 Grad Celsius wärmer als das in der Form befindliche Gemisch, das auch als Grünkörper bezeichnet wird. Der Prozess des Temperierens findet bevorzugt bei einer Luftfeuchtigkeit von 50 bis 80 Prozent statt, die bevorzugt durch eine Regelung der Wärmekammer konstant gehalten wird.
Die Prozessstufe des Temperierens dauert wenigstens 12 Stunden, bevorzugt wenigstens 24 Stunden und sehr bevorzugt wenigstens 36 Stunden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Gemisch für wenigstens 48 Stunden in die Wärmekammer eingebracht. Innerhalb der Wärmekammer bilden sich während des Temperierungsprozesses in dem Gemisch weitere Hydrogranate, die noch härter werden. Durch das Härten des Zements (beispielsweise in Form von Tobermorit) vergrößern sich die Zellen in dem Gemisch um ca. 7 bis 25 Volumenprozent. Durch die Erwärmung vergrößert sich die in den einzelnen Zellen (Poren) eingeschlossene Luft, die zu verdampfen versucht. Die einzelnen Zellwände werden aufgebrochen; es bilden sich Kapillare. In diesem Prozessschritt wird also die Luft in den in großer Anzahl vorhandenen Poren erwärmt, die sich ausdehnt und die Zellen miteinander verbindet und öffnet. Hierdurch wird eine extreme Kapillarstruktur mit bevorzugt langkettigen Kapillaren gebildet. Gleichzeitig wird während der Prozessstufe des Temperierens die eigentliche Masse des Gemischs in einem natürlichen Festigkeitsprozess verfestigt. Aus dem Gemisch wird ein formstabiler Rohling.
In einer bevorzugten dritten Stufe des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird der Rohling einer Wärmebehandlung unterzogen, die in einem Autoklaven (Härtekessel) stattfindet. Die Wärmebehandlung wird bevorzugt bei einem Druck von ca. 8 bis 20 Bar durchgeführt. Besonders bevorzugt liegt der Druck zwischen 10 und 14 Bar. Durch den Druck im Autoklaven wird das Aufbrechen der einzelnen Zellen gefördert, so dass die Vernetzung der Zellen zu einer Kapillarstruktur und zu mehreren Hohlräumen unterstützt wird. Die einzelnen Hohlräume sind dabei gasenthaltend, bevorzugt luftenthaltend.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann diese dritte Stufe des Herstellungsprozesses zwei Abschnitte umfassen, in denen jeweils eine Temperaturänderung mit unterschiedlichen Änderungsgeschwindigkeiten vorgesehen sein kann.
Vor der Wärmebehandlung des Rohlings und nach dem Temperieren werden die Rohlinge aus den Formen, die für den Herstellungsprozess des Temperierens notwendig waren, ausgeschalt. Zur Herstellung von Formplatten werden die Formkörper entsprechend geschnitten.
Der mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren produzierte Formkörper bzw. die Formplatte zeichnet sich dadurch aus, dass eine stellenfeste Lösung zwischen vier verschiedenen Verbindungen, die beispielsweise bevorzugt Hydrogranate sind, gebildet werden. Als stellenfeste Lösung ist dabei eine Gitterstruktur bezeichnet, bei der die einzelnen Bestandteile stets in die gleiche Position und Nachbarschaft aufweisen. Die vier Verbindungen der stellenfesten Lösung sind dabei:
C₃FH₆
C₃FS₃ (Andradit)
C₃AH₆
C₃AF₃ (Grossular, Grosulartrit)
Hierbei steht der Platzhalter C für Calzium (Ca), A für Aluminium2 (Al₂), H für Wasser (H₂O), F für Eisen2 (Fe₂) und S für ein Siliziumoxid (Si₃O₄). Damit ergeben sich für Andradit beispielsweise die Formel: Ca₃Fe₂Si₃O₁₂, für Grosulartrit (CA₃Al₂Si₃O₁₂).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von denen in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Die darin dargestellten Besonderheiten können einzelnen oder in Kombination verwendet werden, um weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Die beschriebenen Ausführungsformen stellen keine Einschränkung der Allgemeinheit des in den Ansprüchen definierten Gegenstands bzw. Verfahrens dar. Es zeigen:
1 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 zusätzliche optionale Verfahrensschritte.
1 zeigt den Prozessablauf des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. In einer mit 1 bezeichneten Füllstation werden die Komponenten Zement, Flugasche, Aluminiumoxid, Eisenoxid und Anhydrit in einem Behälter 2 eingefüllt. Über eine Rohrleitung 3 wird Wasser zu dem Bestandteilen hinzugegeben. In dem Behälter 2 ist ein Rührer 4 angeordnet, mittels dem ein Matrixgemisch aus den Komponenten und Wasser hergestellt wird. Das Gemisch wird in einem Vertikalmischer 5 mit einem als vertikalem Schneckenrad 6 aus gebildeten Rührer eingefüllt, der motorisch betrieben ist. Ein Schaumbildner wird über eine Schaumkanone 7 dem vertikalen Mischer 5 zugeführt. Das Gemisch wird in dem Vertikalmischer solange vermischt, bis das Volumen des Gemischs ein bestimmtes, vorgegebenes Volumen erreicht hat. Der Schaumbildner und Wasser können bei Bedarf nachgeliefert werden, um den Volumenanstieg zu fördern.
In einer Füllstation 8 wird das Gemisch in einzelne Formen gefüllt, die in einer Lagerstation 9 zwischengelagert werden. Die Lagerung findet bei Temperaturen zwischen 20 und 40 Grad Celsius für bevorzugt 45 bis 90 Minuten statt. Aus der Lagerstation 9 werden die gefüllten Formen mit dem Gemisch in eine Vorwärmkammer 10 gebracht, in der das Gemisch wenigstens für 12 Stunden gelagert wird. Die Vorwärmkammer kann geheizt werden und mit einer vorbestimmten Luftfeuchte betrieben werden, die zwischen 50 und 95 Grad Luftfeuchtigkeit liegt, besonders bevorzugt 80 Grad Luftfeuchte nicht übersteigt. Die Luft innerhalb der Vorwärmkammer wird umgewälzt, um konstante Temperatur- und Feuchte-Bedingungen zu schaffen.
In der Vorwärmkammer vergrößert sich während des Vorwärmprozesses (Temperieren) das Volumen innerhalb der Zellen des Gemischs um 7 bis 25 Volumenprozent. Am Ende des Temperiervorgangs ist aus dem Gemisch ein formstabiler Rohling entstanden, der in einer Ausschalstation 11 aus den Formen ausgeschalt wird. Die Rohlinge werden in einer Zwischenverarbeitungsstation 12 in einem Zwischenverarbeitungsschritt weiterverarbeitet, beispielsweise wird ein blockartiger Formkörper in Platten gewünschter Stärke und Größe geschnitten. Bevorzugt weisen die Platten eine Dicke von 20 bis 40 Millimeter auf.
Anschließend werden die Platten mit Abstand auf einem Gestell gelagert oder übereinander gestapelt. Das in der Regel fahrbare Gestell wird mit samt der beabstandeten Platten in einem nächsten Verarbeitungsschritt in einem Autoklaven 13 eingebracht, in dem eine Wärmebehandlung des weiterverarbeiteten Rohlings stattfindet. Dabei werden die einzelnen Platten bei einem Druck von 10 bis 14 Bar einer Temperatur zwischen 140 und 200 Grad Celsius (°C) ausgesetzt. Bevorzugt findet die hydrothermische Wärmebehandlung im Autoklaven in zwei Prozessabschnitten statt:
Im ersten Prozessabschnitt wird die Temperatur (bevorzugt von Raumtemperatur ausgehend) um ca. 20°C pro Stunde erhöht, bis eine Temperatur von ca. 140°C erreicht wird. Während dieser Phase des Temperaturanstiegs werden in dem Rohling weitere Hydrogranate und Kapillare gebildet. Einzelne Zellen platzen förmlich auf und verbinden sich miteinander, so dass langkettige Kanäle entstehen.
In einem zweiten Abschnitt der Wärmebehandlung wird eine Temperaturerhöhung mit einer Temperaturänderung zwischen 23°C pro Stunde und 30°C pro Stunde, bevorzugt mit einer Temperaturänderung von 25°C pro Stunde statt. Die Temperatur wird solange erhöht, bis eine Endtemperatur von wenigstens 170°C, bevorzugt wenigstens 180°C und besonders bevorzugt wenigstens 190°C erreicht wird. Bevorzugt liegt die Endtemperatur unter 200°C, vorzugsweise unter 195°C.
Im ersten Verfahrensabschnitt wird bevorzugt eine Endtemperatur (Zwischenendtemperatur) von wenigstens 120°C und höchstens 150°C, bevorzugt höchstens 140°C erreicht.
Nach dem zweiten Prozessabschnitt der Wärmebehandlung hat das Material seine gewünschte Festigkeit erreicht und kann eingesetzt werden.
2 zeigt weitere optionale Herstellungsschritte bzw. -stationen: In einem weiteren Schritt wird in einer Trockenstation 14 der Formkörper getrocknet, bevor er in einem Lager 17 zur Auslieferung gelagert wird.
Optional wird das Formteil nach dem Trocknen in der Trockenstation 14 in einem Brennofen 15 bei einer Temperatur zwischen 1000°C und 1400°C für eine vorbestimmte Zeit, bevorzugt mehrere Stunden, gebrannt. Durch den Brennprozess kann aus dem Formkörper ein keramisches Produkt entstehen.
Ein weiterer Prozessschritt kann eine Endverarbeitungsstation 16 umfassen, in der die einzelnen Formkörper oder Formplatten nachbehandelt werden. Dies kann beispielsweise eine Alterung sowie eine Endbearbeitung oder Sonderbehandlung, beispielsweise ein Beschichten oder Schleifen oder Ähnliches umfassen. Auch können die als Blöcke vorliegenden Formteile geschrumpft werden. In der Endverarbeitungsstation 16 oder in der Lagerungsstation 17 werden die Formplatten mit besonderen Halterungen versehen, damit sie vor Ort ohne unnötige Montageschritte verbaut werden können.

Claims

Formkörper, hergestellt aus einer mit Wasser reagierten Trockenmischung, welche 20–40 Gew% Zement, 40–70 Gew% Flugasche und 5–15 Gew% Aluminiumoxid umfasst.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenmischung zusätzlich bis zu 5 Gew% Eisenoxid und/oder bis zu 5 Gew% Anhydrit umfasst.
Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Zement im Bereich von 25 Gew% bis 35 Gew%, bevorzugt von 28 Gew% bis 30 Gew% liegt, sehr bevorzugt 29 Gew% ist und/oder der Anteil von Flugasche im Bereich von 45 Gew% bis 65 Gew%, bevorzugt von 50 Gew% bis 55 Gew% liegt, sehr bevorzugt 53,5 Gew% ist.
Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Aluminiumoxid im Bereich von 8 Gew% bis 13 Gew%, bevorzugt von 10 Gew% bis 12 Gew% liegt, besonders bevorzugt 11 Gew% ist.
Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Eisenoxid im Bereich von 1,5 Gew% bis 5 Gew%, bevorzugt von 2 Gew% bis 4 Gew% liegt, besonders bevorzugt 3,5 Gew% ist, und/oder der Anteil von Anhydrit im Bereich von 1,5 Gew% bis 5 Gew%, bevorzugt von 2 Gew% bis 4 Gew% liegt, besonders bevorzugt 3 Gew% ist.
Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er innere Kapillarkanäle aufweist.
Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Dichte zwischen 100 und 400 Kilogramm pro Kubikmeter, bevorzugt von 200 bis 300 Kilogramm pro Kubikmeter und besonders bevorzugt zwischen 230 und 270 Kilogramm pro Kubikmeter ist.
Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Gitterstruktur aufweist, bei der die Verbindungen Ca₃Fe₂(H₂O)₆ Ca₃Fe₂(Si₃O₄)₃ Ca₃Al₂(H₂O)₆ Ca₃Al₂(Fe₂)₃ stets die gleiche Position und Nachbarschaft aufweisen.
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit den folgenden Schritten: – Durchmischen einer Trockenmischung, die wenigstens die Komponenten Zement, Aluminiumoxid und Flugasche umfasst, in einem Mischerzur Bildung eines Gemischs; – Hinzufügen von Wasser vor oder während des Durchmischens; – Hinzufügen eines Schaumbildners zu dem Gemisch; – Einfüllen des Gemisches in eine Form; – Temperieren des in die Form gefüllten Gemischs bei einer vordefinierten Vorwärmtemperatur, bis das Gemisch einen formstabilen Rohling bildet; – Entnehmen des Rohlings aus der Form; – hydrothermales Wärmebehandeln des Rohlings, um mittels Prozesstemperatur und Prozessdruck in einer Prozesszeit ein Formteil zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Hinzufügen von Eisenoxid und/oder Anhydrit.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Austrocknen der wärmebehandelten Formteile für wenigstens 24 Stunden stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass, die getrockneten Formteile mit einer Brenntemperatur zwischen 900 und 1400 Grad Celsius zu keramischen Formteilen gebrannt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch der Komponenten in einem Rührwerk mit einem Schaumbildner vermischt wird, wobei das Rührwerk bevorzugt einen Schneckenmischer mit einem Schneckenrad umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren mit einer Vorwärmtemperatur in einer Wärmekammer stattfindet, deren Temperatur 10–30 Grad Celsius wärmer ist als die Temperatur der eingebrachten Form und/oder wobei die Vorwärmzeit wenigstens 12 Stunden, bevorzugt wenigstens 24 Stunden, sehr bevorzugt wenigstens 36 oder besonders bevorzugt wenigstens 48 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Temperieren mit einer Vorwärmtemperatur das in eine Form gefüllte Gemisch für mindestens 30 Minuten, bevorzugt mindestens 45 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 60 Minuten und sehr bevorzugt mindestens 90 Minuten bei einer Temperatur zwischen 20 und 40 Grad Celsius gelagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des Rohlings in einem Autoklaven bei einem Druck von 8–20 bar, bevorzugt bei einem Druck von 10–14 bar durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des Rohlings eine erste Prozessphase umfasst, in der eine Temperatursteigerung von 20 Grad Celsius pro Stunde bis zu einer Endtemperatur von wenigstens 120 Grad und höchstens 150 Grad Celsius, bevorzugt höchstens 140 Grad Celsius, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des Rohlings eine zweite Prozessphase umfasst, in der die Temperatur um 25 Grad Celsius pro Stunde auf wenigstens 170 Grad Celsius, bevorzugt wenigstens 180 Grad, besonders bevorzugt wenigstens 190 Grad Celsius, erhöht wird.