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DE2419562A1 - Feuerbestaendige gipsformkoerper und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Feuerbestaendige gipsformkoerper und verfahren zu ihrer herstellung

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Publication number
DE2419562A1
DE2419562A1 DE2419562A DE2419562A DE2419562A1 DE 2419562 A1 DE2419562 A1 DE 2419562A1 DE 2419562 A DE2419562 A DE 2419562A DE 2419562 A DE2419562 A DE 2419562A DE 2419562 A1 DE2419562 A1 DE 2419562A1
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DE
Germany
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plaster
calcium silicate
crystalline calcium
paris
gypsum
Prior art date
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Application number
DE2419562A
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English (en)
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DE2419562C2 (de
Inventor
Masato Matsuo
Hiroki Yamakita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Priority claimed from JP13504073A external-priority patent/JPS5644028B2/ja
Application filed by Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd filed Critical Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
Publication of DE2419562A1 publication Critical patent/DE2419562A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2419562C2 publication Critical patent/DE2419562C2/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

Feuerbeständige Gipsformkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft verbesserte Gipsformkörper (Gipspreßlinge), die eine verbesserte mechanische Festigkeit aufweisen und feuerbeständig (feuerhemmend) sind, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Gips ist fast überall auf der Welt billig erhältlich und daraus hergestellte Formkörper bzw. Preßlinge weisen eine vergleichsweise hohe Festigkeit bei Normaltemperatur auf, so daß Gipsformkörper als Baumaterialien, z.B. als Platten (Paneele) und Blöcke für Wände und Decken,verwendet werden können. Gipsformkörper haben jedoch eine hohe Schüttdichte und eine geringe Feuerbeständigkeit, d.h. wenn sie auf hohe Temperatur erhitzt werden, nimmt ihre mechanische Festigkeit, beispielsweise ihre Biegefestigkeit oder Druckfestigkeit, übermäßig stark ab und häufig tritt eine Schrumpfung, Deformation oder Rißbildung auf. Gipsformkörper sind daher als moderne Baumaterialien nicht verwendbar, da diese eine geringe Schüttdichte und bessere Wärmeisolationseigenschaften aufweisen müssen.
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Es wurde bereits ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit von Gipsformkörpern durch Zumischen eines Verstärkungsmaterials, wie z.B. von Cellulosefasern, Mineralfasern, wie Asbest- oder Steinwolle, oder durch Einmischen von Perlit in Gips vorgeschlagen, ein solches Verfahren reicht jedoch nicht aus, um die Feuerbeständigkeit der Formkörper (Preßlinge) zu verbessern.
Ziel der Erfindung ist es daher, neue, feuerbeständige bzw. feuerhemmende Formkörper anzugeben, die Gips als Hauptkomponente enthalten und eine verbesserte mechanische Festigkeit und Feuerbeständigkeit aufweisen. Ziel der Erfindung ist es ferner, feuerbeständige Formkörper anzugeben, die neben einer verbesserten mechanischen Festigkeit und Feuerbeständigkeit eine verbesserte Wasserbeständigkeit besitzen und als Baumaterialien nicht nur für den Innenausbau, sondern auch für den Außenausbau verwendet werden können. Ziel der Erfindung ist es außerdem, Verfahren zur Herstellung dieser feuerbeständigen Formkörper anzugeben.
Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
Es wurde nun gefunden, daß die vorstehend angegebenen Ziele erreicht werden können, wenn man kristallines Calciumsilicat in einer spezifischen Menge in Gips einarbeitet. Feuerbeständige Formkörper mit einer hohen mechanischen Festigkeit können dadurch erhalten werden, daß man Gips mit kristallinem Calciumsilicat und Wasser mischt, die erhaltene Aufschlämmung unter Druck formt und die Rohformkörper trocknet. Die dabei erhaltenen
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Formkörper bzw. Preßlinge weisen im Vergleich zu üblichen Formkörpern aus Gips eine geringe Schüttdichte auf. Durch die vorliegende Erfindung werden die Feuerbeständigkeitseigenschaften, die den größten Mangel der konventionellen Gipsformkörper darstellen, verbessert.
Es wurde auch gefunden, daß durch Zugabe von Zement zu den oben erwähnten Bestandteilen die Wasserbeständigkeit der erfindungsgemäßen feuerbeständigen Formkörper verbessert werden kann.
Als kristallines Calciumsilicat können erfindungsgemäß die bekannten kristallinen Calciutnsilicate verwendet werden, die dadurch erhalten werden, daß man eine Siliciumdioxydkomponente, wie z.B. Kieselsand oder Diatomeenerde, eine Calciumquelle, wie gebrannten Kalk oder gelöschten Kalk, und Wasser einer hydrothermalen Reaktion bei hoher Temperatur unter hohem Druck unterwirft. Zu den erfindungsgemäß verwendbaren kristallinen Calciumsilicaten gehören Xonotlith (6CaO6SiCL-ELO) und Tobermolith (6GaO'5SiO„»6H„O), die auf Wunsch durch entsprechende Auswahl der hydrothermalen Reaktionsbedingungen hergestellt werden können. Insbesondere Tobermolith hat den Vorteil, daß die Ausgangsmaterialien aus einem breiten Bereich ausgewählt werden können und daß die hydrothermale Reaktion unter mäßigen Bedingungen durchgeführt werden kann.
Es ist jedoch nachteilig, feuerbeständige Formkörper nur aus kristallinem Calciumsilicat herzustellen, weil kristallines Calciumsilicat teuer ist, da zu seiner Herstellung Hochtemperatur- und Hochdruck-Verfahren angewendet werden müssen und des-
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halb die kontinuierliche Herstellung unmöglich ist und weil auch ein beträchtlicher Formungsdruck angewendet werden muß, um Formkörper mit einer ausreichenden mechanischen Festigkeit daraus herzustellen. Erfindungsgemäß kann jedoch ein Formkörper mit einer hohen mechanischen Festigkeit unter Anwendung verhältnismäßig niedriger Drucke hergestellt werden, indem man kristallines Calciumsilicat in Gips einarbeitet»
Beispiele für Gips, der erfindungsgemäß verwendet werden kann, sind natürlicher Gips, calcinierter Gips vom α- und ß-Typ und löslicher wasserfreier Gips mit hydraulischen Eigenschaften.
Bei der Durchführung der Erfindung ist es zweckmäßig, das kristalline Calciumsilicat in einem Verhältnis von 5 bis 100, vorzugsweise von 10 bis 40 Gew.-% zu dem Gips zu verwenden. Ist die Menge des kristallinem Calciumsilicats geringer als 5 Gew.-%, bezogen auf Gips, können die Feuerbeständigkeit und die Wärmeisolationseigenschaften des daraus hergestellten Formkörpers nicht wesentlich verbessert werden. Wenn andererseits die Menge mehr als 100 Gew.-%, bezogen auf den Gips, beträgt, nimmt die spezifische Festigkeit, die das Verhältnis der Biegefestigkeit oder Druckfestigkeit zurSchüttdichte darstellt, ab und es sind zur Herstellung von praktikablen Formkörpern auch extrem hohe Formdrucke erforderlich.
Gips und kristallines Calciumsilicat werden mit Wasser gemischt unter Bildung einer Aufschlämmung. Obgleich die Wassermenge theoretisch keiner speziellen Beschränkung unterliegt, wenn sie mehr als ausreichend ist, um den Gips zu hydratisieren, wird sie in der Regel so gewählt, daß sie innerhalb des Bereiches des 2,5-fachen bis 5-fachen, vorzugsweise des 3- bis 4-fa-
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chen des gesamten Feststoffgehaltes liegt, da die Formung schwierig wird, wenn die Menge zu groß ist.
Die so erhaltene Aufschlämmung wird in eine Form gegossen und unter einem geeigneten Druck geformt unter Bildung eines Rohformkörpers, der dann getrocknet wird. Die Schüttdichte und mechanische Festigkeit des so erhaltenen Formkörpers (Preßlings) hängpi von dem Formdruck ab. Je höher der Druck ist, um so höher ist die mechanische Festigkeit, die erzielt werden kann. Der Druck wird so gewählt, daß er innerhalb des Be-
2
reiches von 3 bis 50 kg/cm liegt. In der Regel wird auch bei
2
einem Druck von 3 bis 20 kg/cm ein praktikabler Formkörper erhalten. Das Formen kann auf an sich bekannte Weise, beispielsweise durch Pressen, Extrudieren oder Gießen, durchgeführt werden.
Obgleich die Bedingungen zum Trocknen eines Rohformkörpers in Abhängigkeit von seiner Größe und Form variieren, sollte die Trocknung bei einer Temperatur von nicht mehr als 100 C durchgeführt werden. In der Regel wird der Rohformkörper bei einer Temperatur von 70 bis 80°C 15 bis 24 Stunden lang in einer Atmosphäre von zirkulierender Heißluft getrocknet. Ein anderes Trocknungsverfahren, das angewendet werden kann, ist die dielektrische Trocknung oder Mikrowellentrocknung, durch welche die Trocknungszeit verringert werden kann.
Erfindungsgemäß kann zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit vorzugsweise ein Füllstoff, wie z.B. Gellulosefasern, Asbest, Glasfasern, Perlit oder Ton,neben kristallinem Calciumsilicat
zugegeben werden.
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Wenn außerdem zusammen mit kristallinem Calciumsilicat und Wasser Zement in Gips eingearbeitet wird, sind die dabei erhaltenen Formkörper nicht nur als Baumaterialien für den Innenausbau, sondern auch als Baumaterialien für den Außenausbau verwendbar, da dadurch auch die Wasserbeständigkeit der Formkörper extrem erhöht wird. In diesem Falle wird Zement in einem Verhältnis von 10 bis 30, vorzugsweise von 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Gips und kristallinem Calciumsilicat, verwendet. Wenn die Menge unterhalb des oben angegebenen Bereiches liegt, ist keine merkliche Verbesserung der Wasserbeständigkeit zu erwarten. Wenn andererseits die Menge oberhalb des oben angegebenen Bereiches liegt, nimmt die Schüttdichte zu und die Feuerbeständigkeit nimmt ab. Als Zement können erfindungsgemäß die bekannten Zementarten verwendet werden, wie z.B. Portlandzement, Hochofenzement, Aluminiumoxydzement und dgl.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Beispiel 1
Pulverförmiger Kieselsand wurde mit gebranntem Kalk in einem Molverhältnis SiO„ : GaO von 1:1,05 gemischt und dann wurde die erhaltene Mischung mit Wasser in einer solchen Menge versetzt, die dem 12-fachen des Gesamtgewichtes der Mischung entsprach, und es wurde gemischt unter Bildung einer Aufschlämmung. Ein Autoklav wurde mit der Aufschlämmung beschickt und die hydrothermale Reaktion wurde 4 Stunden lang bei einer Temperatur von 220 G durchgeführt unter Bildung von Xonotlith.
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Der so erhaltene Xonotlith wurde mit handelsüblichen Gipspulvern in den in der folgenden Tabelle I angegebenen Verhältnissen gemischt. Die erhaltene Mischung wurde mit Asbest und Wasser in einer Menge von 5 Gew.-% bzw. 300 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Mischung, gemischt und gerührt unter Bildung einer Aufschlämmung. Die Aufschlämmung wurde dann in eine Flußstahl-Form gegossen und unter Entfernung des Wassers unter dem in der folgenden Tabelle I angegebenen Druck gepreßt. Dann wurde der Rohformkörper aus der Form herausgenommen und 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 100 '
einer Platte einer Dicke von 2 cm.
lang bei einer Temperatur von 100 C getrocknet unter Bildung
Die Ergebnisse der Messung der mechanischen Festigkeit der Platten mittels einer Testvorrichtung (Autograph der Fa. Shimadzu Seisakusho Ltd.) werden ebenfalls in der folgenden Tabelle I angegeben.
Die Biegefestigkeit wurde an einem 2 cm χ 2 cm χ 10 cm großen Teststück bei einer Spannweite von 7 cm und einer Belastungsgeschwindigkeit (-rate) des Kreuzkopfes von 0,25 mm/Min. bestimmt.
Die Druckfestigkeit wurde an einem 2 cm χ 2 cm χ 2 cm großen Teststück bei einer Belastungsgeschwindigkeit des Kreuzkopfes von 1,0 mm/Min, bestimmt.
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O
301		 Gewichtsver Form 2 kg/cm Schüttdichte g/cm Tabelle I 2 kg/cm spezifische Druck kg/cm spezifische
Q hältnis von druck 13 0,91 Biege 57,0 Biegefestigkeit festigkeit 62,5 Druckfestigkeit
> kristallinem 35 1,12 festig 92,7 116
ι— Calciumsilicat
zu Gips		 50 1,23 keit 117 147
'Z.
3 		Xonotlith:Gips 3 Biegefestigkeit/ 2 Druckfestigkeit/
ti
a 		13 ■ 0,83 64,6 Schüttdichte 64,9 - Schüttdichte
1 : 9 35 1,06 105 62,6 110 68,6
50 1,18 139 82,8 150 104
95,1 120
13 0,68 37,3 46,5
CD 2 : 8 35 0,87 62,5 77,8 84,8 78,2
CO
CO		 50 0,98 78,4 99,1 108 104
-P- 118 127
-«J 13 0,56 29,6 27,2
CD 3 : 7 35 0,77 59,9 54,9 68,9 68,4
CO
co		 50 0,88 78,8 71,8 84,6 97,5
80,0 110
; 5 : 5 52,9 48,6
77,8 83,5
89,5 96,1
CD
cn
cn
K)
CO
Lf\ tO CO in c\j co
CM Cv!
V£> O LPv C- LO, CO
CO "^i"
O H
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O O O
in
O H
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Außerdem wurden die Feuerbeständigkeitseigenschaften (Feuerhemmeigenschaften) wie folgt bestimmt: die Platte wurde auf eine Größe von 2 cm χ 2 cm χ 10 cm zugeschnitten und in einen elektrischen Ofen gebracht und erhitzt. Die Temperatur wurde von Raumtemperatur innerhalb der ersten Stunde auf 750 bis 800 C erhöht und innerhalb der nächsten Stunde auf 1000 C erhöht und dann die nächsten 2 Stunden bei 1000 bis 1050 C gehalten. Nach Beendigung des Erhitzens wurde die Platte herausgenommen und es wurden ihre physikalischen Eigenschaften bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II angegeben.
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GewichtsVer O : 10 Schütt Tabelle II Verhältnis . Verhältnis Aussehen keine De
hältnis von dichte Verhältnis der des Ge des Abfalls formation
kristallinem linearen wichts der Biege Il
Calciumsilicat 7 : 3 Schrumpfung verlustes festigkeit It
zu Gips
XonotlithrGips g/cm % % keine De
% keine Riß formation
0.83 17.8 83.1 bildung, M
-1^ 2:8 1.06 1.2 17.2 86.8 Il
CO 1.18 1.2 16.2 85.0 M
OO 1.1
0,68 13.2 80.4 keine Riß-
-* 3:7 0.95 1.5 11.8 80.6 bilcjung, keine De
CO 0.95 1.3 11.0 78.6 Il formation
CO 1.2 . -—*
1.24 zerbrochen CD
1.57 — — Rißbildung cn
cn
1.72 - 20.0 98.3 Rißbildung ho
O
=2		 0.46 2.5 10.6 45.8 keine Riß-
I 0.60 1.2 10.0 50.9 bildung,
ί 0.67 1.1 11.3 49.2 Il
α
TJ 		1.3
-t
S
Beispiel 2
Pulverförmiger Kieselsand wurde mit gebranntem Kalk in einem Molverhältnis SiO : CaO von 1,3:1 gemischt und die dabei erhaltene Mischung wurde mit Wasser in einer solchen Menge versetzt, die dem 10-fachen des Gesamtgewichtes der Mischung entsprach, und es wurde gemischt unter Bildung einer Aufschlämmung. Ein Autoklav wurde mit einer Aufschlämmung beschickt und die hydrothermale Reaktion wurde bei einer Temperatur von 180 C 4 Stunden lang durchgeführt unter Bildung von Tobermolith.
Der so erhaltene Tobermolith wurde mit handelsüblichen Gipspulvemin den in der folgenden Tabelle III angegebenen Verhältnissen gemischt und außerdem wurden Asbest und Wasser in einer Menge von 5 bzw. 370 Gew.-%, bezogen auf die Mischung, zugegeben und es wurde gerührt unter Bildung einer Aufschlämmung. Die Aufschlämmung wurde in eine Form aus Flußstahl gegossen und unter Entfernung von Wasser gepreßt. Dann wurde der Rohformkörper aus der Form herausgenommen und 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 100 G getrocknet unter Bildung einer Platte mit einer Dicke von 2 cm.
Die Ergebnisse der Messung der mechanischen Festigkeit der Platten auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 sind in der folgenden Tabelle III angegeben.
Außerdem wurde die Feuerbeständigkeit auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.
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Tabelle III
Gewichtsver- Form-
häitnis von druck
kristallinem
Calciumsilicat
zu Gips ο
Tobermolith:Gips kg/cm
Schüttdichte Biegefestig keit
g/cm-
kg/cm' spezifische
Biegefestigkeit
Biegefestigkeit/
Schüttdichte
Druckfestig keit
kg/cm^
spezifische Druckfestigkeit
Druckfestigkeit/ Schüttdichte
: 8
i~~
Οι CO CO
5:7
10
13
35
50
13
35
50
13
35
50
35
50
13
35
50
O..74 0.98 1.13
0.64 0.93 1.10
0.56 0.84 0.99
0.57 0.42 0.46
0.49 0.64 0.70
64 c 101 120
45.1 75.7 87.8
10.4 52.9 42.1
17.7 44.6 50.1 86.5
103
106
67.4
81.4
79.8
48.4
63.5
69.0
28.1
78.3
.5
91
36.1
69.7
71.6
68.6 133 157
46.3 97.9 103
38.1 82.0 103
• 15.5 43.6
52.1
23.5 51.9 68.2
92.7 136 139
72,3 105
6G.0
97 .6
104
I
I-l .' 		.9
104
llv)
48.0 81,1 97 ο
Tabelle IV
Gewichtsver- Schütt-
hältnis von dichte kristallinem
Calciumsilicat
zu Gips
Tobermolith:Gips g/cm
Verhältnis der linearen
Schrumpfung
Verhältnis des Gewichts verlustes
/o
Verhältnis des Abfalls der Biegefestigkeit
Aussehen
-4
CD
Ui=
GO
0.74 0.98
1.15
0.64 0.95 1.10
0.37 0.42 0.46
0.49 0.64 0.70
1.5 1.6
1.5
1.5 1.5 1.1
1.2 1.0 1.0
1.2 1.2 1.1
16.4 16.3 16.3
16.2 16.0 16.1
10.6 11.3 10.0
12.9 13.4 13.8
73.8 70.0 81.3
74.0 86.1 72.5
18.0 20.7 22.5
53.4 48.7 47.6
keine Rißbildung,
keine Rißbildung,
Il Il
keine Rißbildung,
It
Il
keine Riß bildung,
keine Deformation
keine Deformation
keine Deformation
Il
keine Deformation
Beispiel 3
Die in den Beispiel 1 und 2 angegebenen Verfahren wurden wiederholt, wobei diesmal jedoch der Mischung aus Gips, kristallinem Calciumsilicat und Wasser noch Portlandzement zugegeben wurde. Die Ergebnisse der Messung der mechanischen Eigenschaften und der Feuerbeständigkeit sind in der folgenden Tabelle V angegeben.
Die Wasserabsorption wurde bestimmt, indem man eine Probe in Wasser von Normaltemperatur legte, um sie mit Wasser zu sättigen, die Gewichtszunahme bestimmte und das Verhältnis der Gewichtszunahme zu dem ursprünglichen Gewicht der Probe errechnete.
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Tabelle V
Gewichtsverhältnis von kri- Formstalinem Calciumsilicat zu druck Gips zu Zement
Schutt- Biegedichte festigkeit
Druckfestig- Verhältkeit nis der
linearen
Schrumpfung
Wasser- Biegeabsorp- "festigkeit tion nach dem
Absorbieren von Wasser
Xonotlith
2		 : Gips
: 7		 kg/cm 3
g/cm		 kg/cm . , 2
kg/cm		 7, % kg/cm
Xonotlith
2		 : Gips
: · 6		 13 0.83 68.2 72.6 1.1 48 45.2
co
OO		 Tobermo-
lith
2		 : Gips
: 7		 13 0.82 68.4 99.0 1.3 43 49.9
7/1 0 Tobermo-
lith
2 !		 : Gips
6		 13 0.72 67.3 96.4 1.2 51 46.7
LO
co		 Xonotlith
2		 Gips
8 :		 13 0.74 69.6 123 ' 1.3 ■ 45 50.6 ■'.
13 0.83 64.6 64.9 1.2 91 26.9'
: Zement
1
ϊ Zement
2
! Zement
; 1
: Zement
: 2
Zement
O
CD
cn
CD K)

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    l) Verfahren zur Herstellung von feuerbeständigen Fonnkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß man Gips mit kristallinem Calciumsilicat in einer Menge von 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf den Gips, und Wasser mischt unter Bildung einer Aufschlämmung, die Aufschlämmung unter Druck formt und den dabei erhaltenen Rohformkörper trocknet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als kristallines Calciumsilicat Xonotlith verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als kristallines Calciumsilicat Tobermolith verwendet.
  4. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem Zement in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Gips und kristallinem Calciumsilicat, zusetzt.
  5. 5. Feuerbeständiger Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß
    er nach Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt worden ist.
    409847/1033
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