DE10326623A1

DE10326623A1 - Verfahren zur Herstellung des erhärteten Gipses von feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauteilen

Info

Publication number: DE10326623A1
Application number: DE2003126623
Authority: DE
Inventors: Er Chang Prof. Dr. Xu; Jian Yuan Yu
Original assignee: Xu Er Chang Profdr; AGN ROHSTOFFVERWERTUNG GmbH
Current assignee: Xu Er Chang Profdr; AGN ROHSTOFFVERWERTUNG GmbH
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: DE10326623B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des erhärteten Gipses von Gipsbauteilen, insbesondere von Gipsplatten, wie Gips-Wandbauplatten, Gipskartonplatten oder Gipsfaserplatten, bei dem Baugips mit Wasser zu einem Gipsbrei vermischst wird, der Baugips unter heftiger Reaktion Wasser aufnimmt, der Gipsbrei sich erwärmt und erhärtet, wobei der Gipsbrei vor dem vollständigen Erhärten geformt und nach dem Erhärten gegebenenfalls getrocknet wird. Erfindungsgemäß wird dem Baugips und/oder dem Gipsbrei zur Herstellung eines feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gipses eine Zubereitung mit Flugasche und/oder Nassasche beigemischt. DOLLAR A Es handelt sich hierbei erfindungsgemäß um ein anorganisches Modifikationsverfahren zur Herstellung von feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauteilen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des erhärteten Gipses von Gipsbauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Gipsbauteilen, die aus erhärtetem Gips bestehen oder erhärteten Gips enthalten, werden Baugipse verwendet. Baugipse sind Bindemittel, die keine hydraulischen Bestandteile enthalten und daher nur an der Luft erhärten.

Als Rohstoff für die Herstellung der als Ausgangsmaterial dienenden Baugipse wird üblicherweise Gipsstein verwendet. Gipsstein kommt in der Natur als kristallwasserhaltiges Calciumsulfat vor, wobei ein Molekül Calciumsulfat zwei Moleküle Wasser als Kristallwasser bindet, so genanntes Calciumsulfat- Dihydrat (CaSO₄·2 H₂O). Der Gipsstein wird in Drehrohröfen im Niedertemperaturbereich bis 300°C und im Hochtemperaturbereich bis 1000°C gebrannt. Dabei wird dem Gipsstein das Kristallwasser teilweise oder ganz ausgetrieben, wobei Baugips entsteht.

Nach DIN 1168 sind Baugipse unterschiedlicher Art mit oder ohne Zusätze bekannt. Zu den Baugipsen ohne Zusätze gehören Stuckgips und Putzgips. Stuckgips entsteht durch Brennen im Niedertemperaturbereich und besteht überwiegend aus Calcium-sulfat-Halbhydrat (CaSO₄·½ H₂O). Putzgips entsteht durch Brennen im Hoch- und Niedertemperaturbereich und besteht aus Calciumsulfat-Halbhydrat (CaSO₄·½ H₂O) und Calciumsulfat (CaSO₄).

Den Stuck- und Putzgipsen können nach DIN 1168 so genannte Stellmittel und Füllstoffe beigemischt werden. Die aus diesen Baugipsen mit Zusätzen herstellbaren erhärteten Gipse weisen bestimmte Eigenschaften auf. Zugesetzte Stellmittel sind beispielsweise Stoffe, die zum Beispiel die Konsistenz, die Haftung oder die Versteifungszeit des Gipses, günstig beeinflussen. Füllstoffe, wie Sand, werden dagegen zugesetzt, um beispielsweise die Ergiebigkeit zu erhöhen.

Die Herstellung von Gipsbauteilen erfolgt üblicherweise durch Mischen (Anmachen) von Baugips-Pulver (Calciumsulfat-Halbhydrat) mit Wasser und Bildung eines Gipsbreis, wobei der Gips unter heftiger Reaktion Wasser aufnimmt, sich erwärmt und erhärtet. Es entsteht ein erhärteter Gips (Calciumsulfat-Dihydrat). Überschüssiges Wasser, das nicht zur Kristallisation gebraucht wird, verdunstet, wobei gegebenenfalls getrocknet wird.

Im Bereich Trockenbautechnik sind Gipsbauteile, insbesondere Gipsbauplatten, für den Innenausbau zur Herstellung von nicht tragenden Wänden und Decken bekannt.

Zu den Gipsbauplatten zählen beispielsweise Gipskartonplatten und Gips-Wandbauplatten. Die Gips-Wandbauplatten umfassen hierbei auch die Gipsfaserplatten.

Gipskartonplatten nach prEN 520:2000 werden auf einem Produktionsband gefertigt und bestehen aus einem Kern aus gehärtetem Gips, der einschließlich der Längskanten mit einem Karton ummantelt ist. Der Karton ist mit dem Gipskern, der geeignete Zuschlag- oder Zusatzstoffe, wie z. B. Porenbildner, enthal ten kann, fest verbunden und wirkt wie eine Zugbewehrung. Dadurch erhalten die großformatigen Platten, die in Regelabmessungen hergestellt werden, ihre notwendigen Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften. Die prEN 520:2000 gibt Auskunft über Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren in Bezug auf Gipskartonplatten.

Gips-Wandbauplatten nach EN 12859:2001 sind massive Bauplatten aus Stuckgips, die Fasern, Füllstoffe, Zuschlagstoffe und andere Zusätze enthalten können. Sie haben umlaufende Nut- und Federprofile, eine Länge von 666 mm, eine Höhe von 500 mm und Dicken von 60 mm, 80 mm oder 100 mm. Je nach Rohdichte, die durch porenbildende Stoffe beeinflusst wird, können die Gips-Wandbauplatten in unterschiedliche Plattenarten, nämlich in Porengips-Wandbauplatten und in Gips-Wandbauplatten, eingeteilt werden. Die EN 12859:2001 gibt Auskunft über Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren in Bezug auf Gips-Wandbauplatten.

Als Gipsfaserplatten sind beispielsweise Deckenplatten aus Gips, nämlich montierbare Platten aus Gips mit Glasfasereinlage, bekannt.

Üblicherweise wird bei der zuvor beschriebenen Herstellung der Gipsbauteile das Baugips-Pulver mit einer großen Menge an Wasser vermischt, wobei das Verhältnis von Wasser zu Material 0,7–1,1 beträgt. Nur ein kleiner Teil dieses Wassers wird bei der Hydratation des Baugipses als Kristallwasser (CaSO₄·2 H₂O) aufgenommen. Der weitaus größere Teil dieses Wassers wird von den Kapillaren des erhärteten Gipsbauteils absorbiert.

Beim Trocknen des Gipsbauteils verdunstet bzw. verdampft überschüssiges Wasser, so dass viele leere Kapillaren im inneren Gefüge des Gipsbauteils zurückbleiben. Deshalb besitzen getrocknete Gipsbauteile eine starke Wasserabsorptionsfähigkeit. Ein Test hat ergeben, dass die Wasserabsorptionsfähigkeit bis zu 55 % bezogen auf ihr Trockengewicht betragen kann, wenn ein getrocknetes Gipsbauteil für zwei Stunden in Wasser getaucht wird.

Gipsbauteile besitzen bedingt durch das Kapillarsystem gute klimaregulierende Eigenschaften und ermöglichen eine schnelle kapillare Aufnahme und Abgabe von Wasser:
Bei Benutzung von Gipsbauteilen als Innenwände und Decken in Räumen führt eine Absenkung der Raumtemperatur dazu, dass sich die relative Luftfeuchtigkeit im Raum erhöht und die Gipsbauteile den Wasserdampf der Raumluft automatisch absorbieren, wobei der Wasserdampf in den leeren Kapillaren des Gipsbauteils kondensiert. Hierbei führt die bei der Kondensation des Wasserdampfs an den Raum abgegebene Kondensationswärme zu einer Erhöhung der Raumtemperatur, wodurch sich die relative Luftfeuchtigkeit im Raum entsprechend verringert. Eine Erhöhung der Raumtemperatur führt dagegen dazu, dass die relative Feuchtigkeit im Raum abnimmt und Wasser automatisch aus den Kapillaren der Gipsbauteile in den Raum verdunstet bzw. verdampft. Hierbei führt die Verdampfungswärme zu einer Erniedrigung der Raumtemperatur, wodurch sich die relative Luftfeuchtigkeit im Raum entsprechend erhöht.

Gipsbauteile mit solchen klimaregulierenden Eigenschaften werden auch als atmungsaktive Gipsbauteile bezeichnet. Räume, die mit solchen Gipsbauteilen ausgestattet sind, bieten dem Menschen eine sehr komfortable ökologische Umwelt zum Leben und Arbeiten. Hinsichtlich dieser Eigenschaften gibt es keine vergleichbaren Baumaterialien. Auch dadurch, dass die Gipsbauteile aus Ausgangsmaterialien natürlichen Ursprungs herge stellt werden, bezeichnet man die genannten Gipsbauteile üblicherweise auch als Biobaumaterialien.

Es hat sich jedoch als Nachteil herausgestellt, dass das Gefüge derart hergestellter Gipsbauteile bei zu häufigem Wechsel zwischen feucht und trocken zerstört werden kann. Derselbe Schaden entsteht, wenn Gipsbauteile ständig Wasser ausgesetzt sind:
Calciumsulfat-Dihydrat-Kristalle (CaSO₄·2 H₂O-Kristalle) sind als Hauptbestandteil der Gipsbauteile nämlich etwas wasserlöslich, so dass sich die Kristallgitterstruktur des gehärteten Gipses allmählich auflöst. Dadurch wird die Festigkeit der Gipsbauteile erheblich geschwächt.

Ein Test hat ergeben, dass bei einer getrockneten Porengips-Wandbauplatte mit einer Höhe von 666 mm, einer Länge von 500 mm und einer Dicke von 100 mm, welche für zwei Stunden in Wasser getaucht wurde, die Wasserabsorptionsfähigkeit 55 bezogen auf ihr Trockengewicht und der Verlust der Biegefestigkeit bis zu 64 % betrug. Daraus folgt, dass übliche Gipsbauteile nicht feuchtigkeitsbeständig sind und daher nicht in Kellern, Küchen oder Bädern mit einer relativ hohen Feuchtig keit verwendet werden dürfen. Auch sollten derartige Gipsbauteile nicht in Klimazonen mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 95 % verwendet werden.

Um die Feuchtigkeitsbeständigkeit, also die hydrophoben Eigenschaften, des Gipsbauteils zu verbessern, ist bekannt, dem als Ausgangsmaterial verwendeten Baugips eine kleine Menge eines organischen Hilfsstoffs zuzusetzen. Diese mit einem derartigen organischen Hilfsstoff hergestellten Gipsbauteile haben nur noch eine sehr geringe Wasserabsorptionsfähigkeit, wodurch der Festigkeitsverlust der Gipsbauteile infolge absorbierten Wassers reduziert wird. Solche Gipsbauprodukte, die mit dem so genannten organischen Modifikationsverfahren hergestellt werden, werden auf dem Markt als hydrophobierte bzw. imprägnierte Gipsbauteile oder als Hydro-Gipsbauteile bezeichnet.

Nachteilig an diesen hydrophobierten Gipsbauteilen ist, dass ihre geringere Wasserabsorptionsfähigkeit gleichzeitig zu einem Verlust der klimaregulierenden Eigenschaften und der Atmungsaktivität führt, welche die herkömmlichen Gipsbauteile gerade auszeichnen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des erhärteten Gipses von Gipsbauteilen dahingehend zu verbessern, dass das hergestellte erhärtete Gips dieser Gipsbauteile feuchtigkeitsbeständig ist und gleichzeitig klimaregulierende Eigenschaften aufweist, wobei das Verfahren möglichst umweltfreundlich ausgebildet sein soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des erhärteten Gipses von Gipsbauteilen, insbesondere von Gipsbauplatten, wie Gips-Wandbauplatten, Gipskartonplatten oder Gipsfaserplatten, wird Baugips mit Wasser zu einem Gipsbrei vermischt, wobei dem Baugips oder dem Gipsbrei eine Zubereitung mit Flugasche und/oder Nassasche beigemischt wird.

Beim Mischen mit Wasser nimmt der Gips unter heftiger Reaktion Wasser auf, erwärmt sich und erhärtet. Vor dem vollständi gen Erhärten wird der Gipsbrei in die gewünschte Form, die der erhärtete Gips erhalten soll, gebracht, wobei dies üblicherweise durch Gießformung erfolgt. Nach dem Erhärten wird das überschüssige Wasser gegebenenfalls durch Trocknung entfernt.

Durch die Beimischung einer Zubereitung mit Flugasche und/oder Nassasche wird ein erhärteter Gips erhalten, der feuchtigkeitsbeständig ist und gleichzeitig klimaregulierende Eigenschaften aufweist. Die erfindungsgemäß hergestellten feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauteile haben eine Wasserabsorptionsfähigkeit von ungefähr 40 % bezogen auf ihr Trockengewicht, so dass die hervorragende Atmungsaktivität und Klimaregulation, welche die herkömmlichen Gipsbauteile auszeichnen, erhalten bleibt. Die erfindungsgemäß hergestellten Gipsbauteile gehören zu den Biobaumaterialien.

Weitere Verfahrensschritte, die der Herstellung der dem Fachmann bekannten unterschiedlichen Gipsbauteile dienen, beispielsweise das Ummanteln des gehärteten Gipses mit Karton zur Herstellung von Gipskartonplatten, sind dem Fachmann bekannt und können in üblicher Art und Weise durchgeführt werden. Diese üblichen Verfahrensschritte werden durch das er findungsgemäße Verfahren also nicht ausgeschlossen, auch wenn sie nicht explizit erwähnt sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Portlandzement-Betonbauteile ebenfalls Kapillaren aufweisen und daher eine gewisse Wasserabsorptionsfähigkeit besitzen. Werden derartige Betonbauteile in Wasser getaucht, bleibt deren Festigkeit im Gegensatz zu den herkömmlichen Gipsbauteilen aber unverändert erhalten. Diese gute feuchtigkeitsbeständige Eigenschaft der Portlandzement-Betonbauteile ist darauf zurückzuführen, dass im innere Gefüge eine große Menge eines gut hydraulisierbaren und amorphen C-S-H-Gels (Hydrated Calcium Silicate Gel) und eine kleine Menge von gut hydraulisierbaren Ettringit-Kristallen (3 CaO·Al₂O₃·3 CaSO₄·32 H₂O) vorliegt, wobei beide Stoffe durch Hydratation des Portlandzements erhalten werden.

Die Erfindung macht sich dieses Prinzip zunutze, indem kein organisches, sondern durch die Beimischung einer Zubereitung mit Flugasche und/oder Nassasche ein anorganischen Modifikationsverfahren zur Herstellung feuchtigkeitsbeständiger erhärteter Gipsbauteile bereitgestellt wird.

Die vorliegende Erfindung kann somit als ein anorganisches Modifikationsverfahren zur Herstellung von feuchtigkeitsbeständigen gehärteten Gipsen in Gipsbauteilen bezeichnet werden, bei welchem dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung erhärteter Gipse von Gipsbauteilen ein weiterer Verfahrensschritt hinzugefügt wird, nämlich das Beimischen einer zuvor hergestellten Zubereitung mit Flugasche und/oder Nassasche zu den herkömmlichen Ausgangsstoffen. Durch physikalischchemische Reaktionen zwischen den herkömmlichen Ausgangsstoffen und der beigemischten Zubereitung wird die ursprünglich nicht hydraulische Eigenschaft der erhärtenden Gipse von Gipsbauteilen während der Formung und Trocknung in eine teilweise hydraulische Eigenschaft umgewandelt.

Innerhalb des Gefüges der erfindungsgemäß hergestellten feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauteile wird beispielsweise ein Teil der CaSO₄·2 H₂O-Kristalle, die keine hydraulischen Eigenschaften haben, in Ettringit-Kristalle (3 CaO·Al₂O₃·3 CaSO₄·32 H₂O) umgewandelt, die gute hydraulische Eigenschaften haben. Gleichzeitig nimmt die Rohdichte des erhärteten Gipses im Gipsbauteil in einem bestimmten Grad zu, wodurch ein ideales, in seiner Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessertes Gipsbauteil erhalten wird. Die Rohdichte einiger feuch tigkeitsbeständiger Gipsbauteile steigt beispielsweise um 20 –30 % an, wohingegen sich die Wasserabsorptionsfähigkeit um 20–30 % reduziert.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch darin zu sehen, dass dieses auf dem Gebiet der Umweltschutztechnologie zum Recycling und zur Wiederverwendung von Industrieabfällen, beispielsweise von Flugasche und Nassasche, anwendbar ist.

Zum Schutz der Umwelt und um gleichzeitig die Kosten zur Herstellung der feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gipse in Gipsbauteilen herabzusetzen, werden erfindungsgemäß auch Industrieabfälle als Ausgangsstoffe eingesetzt. Industrielle Abfälle wie Nassasche und Flugasche, die in Kohlekraftwerken anfallen, können größtenteils recycelt und wiederverwertet werden und schonen so die Umwelt.

Nach DIN 1168 sind Baugipse unterschiedlicher Art mit oder ohne Zusätze bekannt. Baugipse können entsprechend dem Fachmann bekannten Verfahren aus Gipsstein oder aus Gips, der bei der industriellen Entschwefelung anfällt, hergestellt werden.

Gipsstein kommt in der Natur als kristallwasserhaltiges Calciumsulfat vor, wobei ein Molekül Calciumsulfat zwei Moleküle Wasser als Kristallwasser bindet, so genanntes Calciumsulfat-Dihydrat (CaSO₄·2 H₂O). Der Gipsstein wird gebrochen, gebrannt und gegebenenfalls gemahlen. Beim Brennen wird dem Gipsstein das Kristallwasser teilweise oder ganz ausgetrieben, wobei Baugips entsteht, der β-CaSO₄·½H₂O als Hauptbestandteil enthält. Der CaSO₄·2 H₂O-Gehalt des für die Herstellung des Baugipses verwendeten Gipssteins sollte nicht weniger als 80 Gew.-% betragen.

Unter Gew.-% der Feststoffe wird hier und im folgenden immer Trockengew.-% verstanden.

Anstelle von Gipsstein kann auch Gips, der bei der industriellen Entschwefelung anfällt, für die Herstellung des Baugipses verwendet werden. Gips aus der industriellen Entschwefelung ist ein Beiprodukt des Verfahrens zur Entschweflung von Rauchgasen einer kohlebefeuerten Anlage. Der CaSO₄·2 H₂O-Gehalt des für die Herstellung des Baugipses verwendeten Gipses aus der industriellen Entschwefelung sollte nicht weniger als 90 Gew.-% betragen. Beim Brennen des Gipses aus indus trieller Entschwefelung entsteht Baugips, der β-CaSO₄·½ H₂O als Hauptbestandteil enthält.

Für die Herstellung der erfindungsgemäß beigemischten Zubereitung wird Flugasche und/oder Nassasche verwendet.

Flugasche ist ein trockenes Pulver, das durch elektrostatische Abscheidung von staubartigen Teilchen aus Rauchgasen kohlebefeuerter Anlagen erhalten wird. Sie sollte die technischen Anforderungen der Norm EN 450 erfüllen.

Nassasche kommt aus kohlebefeuerten Kesselböden. Der Kohlenstoffgehalt sollte nicht mehr als 5 Gew.-% und der Partikeldurchmesser sollte nach der Verarbeitung nicht mehr als 1 mm betragen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäß verwendete Zubereitung zusätzlich Branntkalk, Calciumcarbid-Schlacke, Gipsstein, Gips aus der industriellen Entschwefelung, Aluminiumsulfat, Alunit oder Mischungen hiervon enthält.

Branntkalk bzw. Calciumoxid (CaO) entsteht durch Brennen von vorzugsweise natürlichem Kalkstein (CaCO₃) in Drehrohröfen bei Temperaturen unter 1250 °C, wobei Kohlenstoffdioxid (CO₂) ausgetrieben wird. Anschließend wird der Branntkalk gegebenenfalls gebrochen. Der hergestellte Branntkalk sollte nicht weniger als 70 Gew.-% freies Calciumoxid (CaO) und nicht mehr als 5 Gew.-% Magnesiumoxid (MgO) enthalten.

Ausgangsstoff für die Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Calciumcarbid-Schlacke ist Calciumcarbid (CaC₂). Calciumcarbid (CaC₂) ist ein industrieller Rohstoff, der sich mit Wasser lebhaft unter Bildung von gasförmigen Acetylen zersetzt, wobei als Nebenprodukt die Calciumcarbid-Schlacke entsteht, in welcher der Calciumhydroxid (Ca(OH)₂)-Gehalt nicht weniger als 80 % betragen sollte.

Aluminiumsulfat (Al₂(SO₄)₃) ist ein bekannter Rohstoff aus der chemischen Industrie.

Alunit (Alaunstein) ist ein natürliches Mineral, nämlich ein basisches Aluminiumsulfat der Formel KAl₃[(OH)₆·(SO₄)₂] oder K₂SO₄·3(AlO)₂SO₄·6 H₂O . Durch Mahlen wird ein für die Verwen dung im erfindungsgemäßen Verfahren trockenes Pulver erhalten.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Gipsbauteil, insbesondere eine Gipsbauplatte, beispielsweise eine Gips-Wandbauplatte, Gipskartonplatte oder Gipsfaserplatte, wobei das Gipsbauteil aus einem feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gips besteht oder ein feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gips enthält, der nach einem der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.

Schließlich bezieht sich die Erfindung noch auf die Verwendung Flugasche und/oder Nassasche als Zusatz für die Herstellung eines feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gipses von Gipsbauteilen, insbesondere von Gipsbauplatten, wie Gips-Wandbauplatten, Gipskartonplatten oder Gipsfaserplatten. Vorzugsweise ist Flugasche und/oder Nassasche zur Verwendung als Zusatz in einer vorher bereitgestellten Zubereitung enthalten.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des in der einzigen 1 dargestellten Fließschemas erläutert.
Bei dem erfindungsgemäße Verfahren wird dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung erhärteter Gipse von Gipsbauteilen ein weiterer Verfahrensschritt hinzugefügt wird, nämlich das Beimischen einer zuvor hergestellten anorganischen Zubereitung mit Flugasche und/oder Nassasche zu den herkömmlichen Ausgangsstoffen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher auch insgesamt als anorganisches Modifikationsverfahren zur Herstellung von feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gipsen von Gipsbauteilen bezeichnet werden.
Als Rohstoff für die Herstellung der als herkömmliche Ausgangsstoffe dienenden Baugipse wird Gipsstein oder Gips aus der industriellen Entschwefelung verwendet. Dieser wird zunächst gemahlen und anschließend in Drehrohröfen im Niedertemperaturbereich bis 300°C oder im Hochtemperaturbereich bis 1000°C gebrannt, wobei Baugips (Calciumsulfat-Halbhydrat) entsteht.
Erfindungsgemäß wird zu diesem Baugips eine zuvor hergestellte anorganische Zubereitung mit Flugasche und/oder Nassasche beigemischt.
Grundsätzlich sind zwei Zubereitungen denkbar.
Die erste Zubereitung enthält neben Flugasche und Nassasche, die in einem vorgegebenen Mengenverhältnis vorliegen, zusätzlich Branntkalk, Calciumcarbid-Schlacke, Gipsstein, Gips aus der industriellen Entschwefelung, Aluminiumsulfat, Alunit oder Mischungen hiervon sowie Wasser, jeweils in vorgegebenen geringen Mengen, die insgesamt miteinander vermischt werden, wobei sie mittels Walzen gemahlen werden. Daraufhin wird diese Zubereitung in einem Behälter bei einer Temperatur von 20 –50 °C und einer relativen Feuchtigkeit von nicht weniger als 70 % für 8 bis 24 Stunden gelagert. Anschließend ist diese erste Zubereitung mit Nassasche und Flugasche verwendbar.
Die alternative zweite Zubereitung enthält neben einer vorgegebenen Menge Flugasche zusätzlich Branntkalk, Calciumcarbid-Schlacke, Gipsstein, Gips aus der industriellen Entschwefelung, Aluminiumsulfat, Alunit oder Mischungen hiervon, jeweils in vorgegebenen geringen Mengen, sowie Wasser in großer vorgegebener Menge, wobei die genannten Bestandteile insgesamt in einen Rührbehälter eingebracht und für 8 bis 24 Stunden zu einem Schlamm verrührt werden. Anschließend ist diese alternative zweite Zubereitung mit Flugasche verwendbar.
In beiden zuvor hergestellten Zubereitungen reagieren Flugasche und/oder Nassasche jeweils mit dem in den Zubereitungen vorhandenen Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) hydrothermisch, wobei eine bestimmte Menge eines hydraulisierbaren und amorphen C-S-H Gels gebildet wird.
Beim Vermischen des herkömmlich hergestellten Baugipses mit der Zubereitung wird außerdem Wasser in vorgegebener Menge zugesetzt.
Das weitere Verfahren zur Herstellung der erhärteten Gipse von Gipsbauteilen entspricht den bekannten Verfahren. Der mit der Zubereitung vermischte Baugips nimmt unter heftiger Reaktion Wasser auf, erwärmt sich und erhärtet. Es entsteht ein erhärteter Gips (Calciumsulfat-Dihydrat). Vor dem vollständigen Erhärten wird der Gipsbrei in die gewünschte Form, die der erhärtete Gips erhalten soll, gebracht, wobei dies üblicherweise durch Gießformung erfolgt. Nach dem Erhärten wird das überschüssige Wasser durch Trocknen entfernt. Es folgt das Verpacken und gegebenenfalls weitere hier nicht dargestellte übliche Verfahrenschritte bis das endgültige Gipsbauteil erhalten wird.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die erste Zubereitung derart hergestellt wird, dass 50–80 Gew.-% Nassasche, 0–30 Gew.-% Flugasche, 5–15 Gew.-% Branntkalk und/oder Calciumcarbid-Schlacke, 3–8 Gew.-% Gipsstein und/oder Gips aus der industriellen Entschwefelung und 3–8 Gew.-% Aluminiumsulfat und/oder Alunit mit Wasser versetzt, gegebenenfalls mittels Walzen gemahlen, und gemischt werden.
Das Verhältnis von Wasser zu den übrigen Bestandteilen beträgt hierbei vorzugsweise 0,3–0,5.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Zubereitung in einem Behälter bei einer Temperatur von 20–50 °C und einer relativen Feuchtigkeit von nicht weniger als 70 für 8–24 Stunden gelagert.
Eine alternative Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die zweite Zubereitung derart hergestellt wird, dass 80–90 Gew.-% Flugasche, 5–15 Gew.-% Branntkalk und/oder Calciumcarbid-Schlacke, 3–8 Gew.-% Gipsstein und/oder Gips aus der industriellen Entschwefelung und 3–8 Gew.-% Aluminiumsulfat und/oder Alunit mit Wasser versetzt und gemischt werden.
Das Verhältnis von Wasser zu den übrigen Bestandteilen beträgt hierbei vorzugsweise 0,9–1,3.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird diese Zubereitung in einem Rührbehälter für 8–24 Stunden gerührt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass zur Herstellung des feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gipses 55–80 Gew.-% Baugips und 20 – 45 Gew.-% Zubereitung verwendet werden.
Das Verhältnis von Wasser zu dem mit der Zubereitung vermischten Baugips beträgt vorzugsweise 0,7–1,1.
Nachfolgend wird jeweils ein Beispiel eines Mischungsverhältnisses der hergestellten Zubereitung mit Flugasche und Nassasche sowie der hergestellten Zubereitung mit Flugasche sowie jeweils ein Beispiel eines Mischungsverhältnisses der genannten Zubereitungen mit Baugips angegeben, wobei die genannten Gew.-% immer als Trockengew.-% zu verstehen sind: Beispiel 1: Zubereitung mit Flugasche und Nassasche

Nassasche 53 Gew.-%

Flugasche 30 Gew.-%

Branntkalk 10 Gew.-%

Gipsstein 3 Gew.-%

Aluminiumsulfat 4 Gew.-%
Das Verhältnis des zugegebenen Wassers zu den angegebenen Ausgangsstoffen beträgt 0,5.
30 Gew.-% der Zubereitung mit Flugasche und Nassasche werden mit 70 Gew.-% Baugips unter Zugabe von Wasser gemischt, wobei das Verhältnis von Wasser zu den festen Bestandteilen 0,8 beträgt. Beispiel 2: Zubereitung mit Flugasche

Flugasche 82 Gew.-%

Calciumcarbid-Schlacke 12 Gew.-%

Gips aus industrieller Entschwefelung 3 Gew.-%

Alunit 3 Gew.-%
Das Verhältnis des zugegebenen Wassers zu den angegebenen Ausgangsstoffen beträgt 1,2.
35 Gew.-% der Zubereitung mit Flugasche werden mit 65 Gew.-% Baugips unter Zugabe von Wasser gemischt, wobei das Verhältnis von Wasser zu den festen Bestandteilen 0,7 beträgt.
Nachfolgend wird ein Testverfahren für die Qualitäts- und Eigenschaftsprüfung der erfindungsgemäß hergestellten feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauteile beschrieben:
Alle Testverfahren für die Qualitäts- und Eigenschaftsprüfung der mit. dem anorganischen Modifikationsverfahren hergestellten feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauplatten, insbesondere der Gips-Wandbauplatten, Gipskartonplatten und der Gipsfaserplatten, sollen die technischen Anforderungen der EN 12859:2001 und prEN 520:2000 erfüllen.
Jedoch ist folgendes zu beachten:
1.
Hydrophobierte Gips-Wandbauplatten, die mit dem organischen Modifikationsverfahren hergestellt werden, sind ebenfalls feuchtigkeitsbeständig und können in einer feuchten Umgebung verwendet werden. Die aktuelle Messmethode der Wasserabsorptionsfähigkeit von hydrophobierten Gips-Wandbauplatten erfolgt gemäß EN 12859:2001 dadurch, dass drei Proben für zwei Stunden in Wasser bei einer Temperatur von 20°C ± 3°C getaucht werden. Da der Festigkeitsverlust herkömmlicher Gipsbauprodukten mit zunehmender Wasserabsorption deutlich zunimmt, ist die Wasserabsorptionsfähigkeit ein Maß für die Feuchtigkeitsbeständigkeit. Daher setzt die EN 12859 fest, dass die Wasserabsorptionsfähigkeit von hydrophoben Gips-Wandplatten nicht mehr als 5 % bezogen auf ihr Trockengewicht betragen darf.
Die feuchtigkeitsbeständigen Gips-Wandplatten, die mit dem erfindungsgemäßen anorganischen Modifikationsverfahren hergestellt werden, können verhältnismäßig mehr Wasser absorbieren, wobei der Festigkeitsverlust nach dem genannten Eintauchen in Wasser nicht so deutlich ist. Die Feuchtigkeitsbeständigkeit derartiger Gips-Wandplatten ist trotz hoher Wasserabsorption sehr gut.
Daher ist die EN 12859:2001 für die Qualitäts- und Eigenschaftsprüfung von feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauteilen, die durch das erfindungsgemäße anorganische Modifikationsverfahren hergestellt werden, nicht geeinigt.
Da die Feuchtigkeitsbeständigkeit von Gipsbauteilen letztendlich durch den Verlustgrad ihrer Festigkeit nach Eintauchen in Wasser identifiziert werden soll, wird folgendes Prüfverfahren unter Verwendung des Weichheitskoeffizienten f vorgeschlagen:
Drei Proben, z. B. von Gipsbauplatten, werden für zwei Stunden in Wasser bei einer Temperatur von 20 °C ± 3 °C getaucht. Dann werden die Oberflächen der Proben mit einem Handtuch getrocknet und die Biegefestigkeit R entsprechend dem Verfahren aus EN 12859:2001 bestimmt.
Der Weichheitskoeffizient f wird wie folgt berechnet:
mit
R₁: Mittelwert von drei gemessenen trockenen Proben, in Newton
R₂: Mittelwert von drei gemessenen Proben nach Eintauchen in Wasser, in Newton
Nachfolgend werden einige Ergebnisse der Qualitäts- und Eigenschaftsprüfung angegeben:
Die Biegefestigkeit einer getrockneten herkömmlichen Porengips-Wandbauplatte (666 × 500 × 100 mm) betrug 2,1 kN. Nach dem Eintauchen in Wasser betrug die Wasserabsorptionsfähigkeit 55 % bezogen auf ihr Trockengewicht und die Biegefestigkeit 0,76 kN. Der Weichheitskoeffizient f betrug 0,36. Die Ergebnisse machen deutlich, dass die Feuchtigkeitsbeständigkeit einer herkömmlichen Porengips-Wandbauplatte sehr gering ist.
Die Biegefestigkeit einer getrockneten feuchtigkeitsbeständigen Porengips-Wandbauplatte (666 × 500 × 100 mm), die mit dem erfindungsgemäßen anorganischen Verfahren hergestellt wurde, betrug 3,1 kN, also 48 % mehr als die der herkömmlichen Porengips-Wandbauplatte. Nach Eintauchen in Wasser betrugen die Wasserabsorptionsfähigkeit 40 % bezogen auf ihr Trockengewicht, also 28 % weniger als bei der herkömmlichen Porengips-Wandbauplatte, und die Biegefestigkeit 2,48 kN, also 60 mehr als bei der herkömmlichen Porengips-Wandbauplatte. Der Weichheitskoeffizient f wurde mit 0,8 berechnet, woraus sich ergibt, dass die Feuchtigkeitsbeständigkeit deutlich besser ist als bei der herkömmlichen Porengips-Wandbauplatte.
Vorzugsweise ist der Weichheitskoeffizient f von feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauteilen nicht kleiner als 0,6, damit diese eine ausreichende Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweisen.
2.
Hydrophobierte Gipskartonplatten, die mit dem organischen Modifikationsverfahren hergestellt werden, sind ebenfalls feuchtigkeitsbeständig und können in einer feuchten Umgebung verwendet werden.
Die prEN 520:2000 legt Messverfahren für die Wasserabsorptionfähigkeit von hydrophobierten Gipskartonplatten fest und teilt die hydrophobierten Gipskartonplatten anhand der Messergebnisse in die Klassen Typ H₁, Typ H₂ und Typ H₃ ein.
Aus denselben zuvor genannten Gründen, wird zum Prüfen der Feuchtigkeitsbeständigkeit von feuchtigkeitsbeständigen Gipskartonplatten die Verwendung des oben genannten Prüfverfahrens mittels des Weichheitskoeffizienten f vorgeschlagen. Zugleich sollte eine Einstufung der feuchtigkeitsbeständigen Gipskartonplatten in verschiedenen Klassen anhand des Weichheitskoeffizienten f erfolgen.
Zu beachten ist, dass sich die vorliegende Erfindung nur auf den gehärteten Gips, also den Gipskern, der Gipskartonplatte bezieht. Die Behandlung des Kartonteils zum Erhalt einer Feuchtigkeitsbeständigkeit muss durch ein anderes Verfahren erfolgen.
Für eine industrielle Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich, die vorhandenen Produktionslinien für herkömmliche Gipsbauteile in geeigneter Weise neu zu gestalten, um sowohl die herkömmlichen Gipsbauteile als auch die erfindungsgemäß feuchtigkeitsbeständigen Gipsbauteile herzustellen.
Dies wird dadurch erreicht, dass der bereits beschriebene Verfahrensschritt zur Herstellung einer Zubereitung mit Nassasche und Flugasche oder einer Zubereitung mit Flugasche in das bereits vorhandene, übliche Verfahren eingefügt wird.
Hierzu sind Einrichtungen zum Lagern und Wägen von Nassasche, Flugasche, Branntkalk oder Calciumcarbid-Schlacke, Aluminiumsulfat oder Alunit, zum Mahlen mittels Walzen, zum Rühren und zum Einlagern der Zubereitungen notwendig. Außerdem sind Einrichtungen zum Wägen einer hergestellten Zubereitung mit Nassasche und Flugasche oder einer Zubereitung mit Flugasche erforderlich.

Claims

Verfahren zur Herstellung des erhärteten Gipses von Gipsbauteilen, insbesondere von Gipsbauplatten, wie Gips-Wandbauplatten, Gipskartonplatten oder Gipsfaserplatten, bei dem Baugips mit Wasser zu einem Gipsbrei vermischt wird, der Baugips unter heftiger Reaktion Wasser aufnimmt, der Gipsbrei sich erwärmt und erhärtet, wobei der Gipsbrei vor dem vollständigen Erhärten geformt und nach dem Erhärten gegebenenfalls getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Baugips und/oder dem Gipsbrei zur Herstellung eines feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gipses eine Zubereitung mit Flugasche und/oder Nassasche beigemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zubereitung zusätzlich Branntkalk, Calciumcarbid-Schlacke, Gipsstein, Gips aus der industriellen Entschwefe lung, Aluminiumsulfat, Alunit oder Mischungen hiervon enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zubereitung derart hergestellt wird, dass 50–80 Gew.-% Nassasche, 0–30 Gew.-% Flugasche, 5–15 Gew.-% Branntkalk und/oder Calciumcarbid-Schlacke, 3–8 Gew.-% Gipsstein und/oder Gips aus der industriellen Entschwefelung und 3–8 Gew.-% Aluminiumsulfat und/oder Alunit mit Wasser versetzt, gegebenenfalls mittels Walzen gemahlen, und gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Wasser zu den übrigen Bestandteilen 0,3–0,5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zubereitung in einem Behälter bei einer Temperatur von 20–50 °C und einer relativen Feuchtigkeit von nicht weniger als 70 % für 8–24 Stunden gelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zubereitung derart hergestellt wird, dass 80–90 Gew.-% Flugasche, 5–15 Gew.-% Branntkalk und/oder Calciumcarbid- Schlacke, 3–8 Gew.-% Gipsstein und/oder Gips aus der industriellen Entschwefelung und 3–8 Gew.-% Aluminiumsulfat und/oder Alunit mit Wasser versetzt und gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Wasser zu den übrigen Bestandteilen 0,9–1,3 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zubereitung in einem Rührbehälter für 8–24 Stunden gerührt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gipses 55–80 Gew.-% Baugips und 20–45 Gew.-% Zubereitung verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Wasser zu dem mit der Zubereitung vermischten Baugips 0,7–1,1 beträgt.
Gipsbauteil, insbesondere Gipsbauplatte, wie Gips-Wandbauplatte, Gipskartonplatte oder Gipsfaserplatte, welches aus einem feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gips besteht oder ein feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gips enthält, wobei der feuchtigkeitsbeständige erhärtete Gips nach einem der Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.
Verwendung von Flugasche und/oder Nassasche als Zusatz für die Herstellung eines feuchtigkeitsbeständigen erhärteten Gipses in Gipsbauteilen, insbesondere in Gipsbauplatten, wie Gips-Wandbauplatten, Gipskartonplatten oder Gipsfaserplatten.