DE60319957T2

DE60319957T2 - Grosse platte aus hochdichtem schaumglas

Info

Publication number: DE60319957T2
Application number: DE2003619957
Authority: DE
Inventors: Pedro M. Bethesda BUARQUE DE MACEDO; Hamid Claremont HOJAJI
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2023-02-11
Also published as: EP1923210A2; AU2003224611A1; US20040123535A1; JP2010174616A; JP2005521615A; US20060075704A1; US20110236636A1; EP1474290B1; US6964809B2; EP1923210A3; MXPA04007759A; HK1072224A1; US8197932B2; US7976939B2; JP5249269B2; EP1474290A1; US20030145534A1; EP1474290A4; DE60319957D1; ATE390275T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Baumaterial, welches bei der Errichtung von Gebäuden verwendet werden kann. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung große Schaumglasplatten hoher Dichte, welche sowohl auf Innenals auch auf Außenfassaden von Gebäuden verwendet werden können. Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung große Schaumglasplatten hoher Dichte, welche auf Innen- und Außenfassaden von Gebäuden verwendet werden können und ermöglichen, dass solche Gebäude eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Explosionen aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Verbundstoff aus Elementen, die aus solchen Platten hergestellt sind, und insbesondere ein Baulaminat, welches die Explosionsenergie absorbiert, und ein Verfahren zur Herstellung desselben durch Verbinden von Schichten geschäumten Glases oder geschäumter siliciumdioxidhaltiger Materialien mit anorganischen zementartigen Baumaterialien, Polymermaterialien, Metallen und Fasern, welche in Laminaten wahlweise verwendet werden können.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahrzehnten hat es eine beträchtliche Anzahl terroristischer, Angriffe auf Regierurugsgebäude der Vereinigten Staaten und anderer Staaten sowohl außerhalb als auch innerhalb der Vereinigten Staaten gegeben. 1993 brachten zum Beispiel Terroristen eine Autobombe in der Garage des World Trade Centers in New York City zur Explosion, was Menschenleben kostete und zu einem beträchtlichen Sachschaden führte. Danach brachten 1995 andere Extremisten einen Lastkraftwagen außerhalb des Federal Building in Oklahoma City zur Explosion, was ebenfalls einer beträchtlichen Anzahl von Menschen das Leben kostete und zu einem beträchtlichen Sachschaden führte. 1998 waren die Botschaften der Vereinigten Staaten in Nairobi und Dar Es Salaam ebenfalls Ziele terroristischer Angriffe mit Autobomben, auch dies kostete jeweils einer beträchtlichen Anzahl von Menschen das Leben und führte zu einem beträchtlichen Sachschaden. Vor kurzem haben die tragischen Ereignisse am World Trade Center in New York City, am Pentagon in Virginia weiter die sich schon lange abzeichnende Notwendigkeit unterstrichen, Baumaterialien zu entwickeln und herzustellen, welche der Druckwelle aus Explosionen von Autobomben und anderen ähnlichen terroristischen Angriffen standhalten können.
Obwohl das Konzept der Verwendung von Schaumglas als Baumaterial im Stand der Technik wohlbekannt ist, ist solches Schaumglas im Allgemeinen als Hochtemperaturisolator verwendet worden, und es wird daher darauf abgezielt, seine Dichte und sein Gewicht auf ein Mindestmaß zu beschränken, und es ist nicht dafür geeignet, eine ausreichende Menge an Energie aus einer Druckwelle aus unerwarteten Explosionen zu absorbieren oder einem Erdbeben standzuhalten. Die Nachteile eines solchen herkömmlichen Schaumglases im Hinblick auf dieses alte Problem werden unten beschrieben.
Die Pittsburgh Corning Corporation („PCC") in Pittsburgh, Pennsylvania, hat zum Beispiel ein Produkt entwickelt und vertrieben, welches als Foam Glas^® Insulation Systems bekannt ist und in den US-Patentschriften 3,959,541 ; 4,119,422 ; 4,198,224 ; 4,571,321 und 4,623,585 beschrieben ist. Da diese Entwicklungen im Schwerpunkt darauf gerichtet waren, ein isolierendes Schaummaterial herzustellen, ist die Foam-Glas^®-Insulation-Systems-Platte, welche von PCC kommerziell verkauft wird, relativ leicht und wiegt 4,32 kg. Da es ferner der Zweck dieser Platte ist, als Wärmeisolierung verwendet zu werden, fehlt es ihr an Oberflächenfestigkeit, und sie kann sehr einfach eingedrückt werden. Da die Foam-Glas^®-Insulation-Systems-Platte eine relativ geringe Dichte aufweist, z. B. 152 kg/m³, zerbrechen solche Platten leicht, wenn auf sie Kräfte einwirken, die typischerweise auf den Außenwänden auf ein Gebäude oder eine andere Struktur einwirken. Daher sind solche Platten nicht dafür geeignet, als Belag für eine Außenwand verwendet zu werden. Aus ähnlichen Gründen absorbiert dieser Schaum, wenn er einer Druckwelle aus einer Explosion ausgesetzt wird, nur sehr wenig der Energie der Druckwellen, wenn er implodiert. Eine Druckwelle ist ein Maß im Zusammenhang mit Explosionen, welches der Fachmann leicht als eine Druckfront versteht, die durch eine Explosion entsteht.
Auch andere haben versucht, Schaumglasplatten als Außenhautfläche von Gebäuden zu verwenden. Die US-Patentschrift 5,069,960 offenbart zum Beispiel eine wärmeisolierende Schaumglasplatte, welche mit einer Außenoberfläche beschichtet ist, um eine harte Haut herzustellen, um die Außenseite eines Gebäudes zu schützen. Die offenbarten Platten werden in äußerst kleinen Größen hergestellt, d. h. 18 cm × 18 cm × 6 cm, und das innere Schaummaterial, welches die Masse des Materials ausmacht, weist im Allgemeinen eine geringe Dichte auf. Bezeichnenderweise gibt es keinen Hinweis dafür, dass die Festigkeit des offenbarten Materials eine ausreichende Menge an Energie aus einer Explosion absorbieren kann, und in der Tat wäre die Größe der offenbarten Platten nicht ideal dafür, eine solche Energie zu absorbieren.
In ähnlicher Weise offenbart die US-Patentschrift 4,833,015 einen mehrschichtigen Schaumglasblock mit einer dichten Glasoberfläche, welche über eine dünne poröse Glas-Zwischenschicht mit einer Grund-Schaumglasschicht verbunden ist. Die US-Patentschrift 4,798,758 offenbart ein Schaumglas, welches eine Schaumschicht und eine Krustenschicht aufweist, welche mindestens eine Hauptfläche der Schaumschicht bedeckt. Die US-Patentschrift 4,024,309 offenbart eine Schaumglasplatte mit Metallplattierungen. Keine dieser Patentschriften offenbart jedoch eine Schaumglasplatte, welche eine ausreichend hohe Dichte, ein ausreichend großes Gewicht und/oder eine ausreichende Größe aufweist, um als Gebäudeaußenwand oder Fassade geeignet zu sein, die eine ausreichende Menge an Energie aus einer Explosion oder Ähnlichem absorbieren kann.
In Vorarbeiten durch die Erfinder und andere sind Verfahren zur Herstellung von Schaumglasplatten einer breiten Vielfalt von Dichten entwickelt worden, wie in der US-Patentschrift 4,430,108 beschrieben, die für Baumaterialien verwendet werden können. Während die offenbarten Techniken und Verfahren von Nutzen waren, um Platten der damaligen Standardgröße von 108 mm × 108 mm × 6 mm herzustellen, lehrt diese Patentschrift nicht, wie Platten einer größeren Größe, zum Beispiel einer Größe von 0,61 m × 0,61 m × 76 mm, herzustellen sind. Außerdem waren die über diese Verfahren hergestellten Platten relativ leicht, z. B. leichter als 4,55 kg, und wurden nicht dafür hergestellt, den Auswirkungen einer Explosion standzuhalten. Im Gegenteil zielten diese Verfahren darauf ab, die Wärmeisolierungseigenschaften des Materials zu optimieren, und daher wurden kleinere, leichtere und schwächere Platten hergestellt.
Obwohl wiederum andere daran gearbeitet haben zu versuchen, gewisse große poröse Formkörper herzustellen, waren diese in kritischen Abmessungen kleiner und wiesen eine geringere Dichte auf als die der vorliegenden Erfindung und waren nicht dafür geeignet, ein wesentliches Maß einer Druckwelle zu absorbieren, welche im Zusammenhang mit einer Explosion oder einem Erdbeben auf die Formkörper auftrifft. Die US-Patentschrift 5,151,228 beschreibt zum Beispiel ein Verfahren zur Herstellung großer poröser Formkörper geringer Dichte durch Aufquellen, um große poröse keramische Bauelemente herzustellen, z. B. mehrere Stockwerke hohe Wandelemente mit geringem Gewicht. In dem Beispiel offenbart sie eine Platte der Abmessungen 2,5 m × 0,5 m × 51 mm mit einer Dichte von 420 kg/m³ und einer Masse von 27,27 kg. Sie lehrt auch, eine geringe Dichte zu erhalten, um die Wärmeisolierung zu optimieren. Daher absorbiert dieser Schaum, wenn er einer Druckwelle aus einer Explosion oder einem Erdbeben ausgesetzt wird, sehr wenig von der Druckwellenenergie, wenn er implodiert.
Anders als im oben erörterten Stand der Technik sind die Platten der vorliegenden Erfindung aus verschiedenen Materialien entworfen und konstruiert, so dass diese Platten Eigenschaften aufweisen, welche ideal dafür sind, der Druckwelle bei großen Explosionen standzuhalten, oder ein Gebäude oder eine andere Struktur widerstandsfähig gegen Erdbeben machen.
Obwohl der Stand der Technik von Interesse ist, weisen somit die bekannten Verfahren und Vorrichtungen des Standes der Technik verschiedene Einschränkungen auf, welche die vorliegende Erfindung zu überwinden versucht.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine große Schaumglasplatte höher Dichte bereitzustellen, welche sowohl an äußeren als auch an inneren Gebäudewänden als Fassade verwendet werden kann.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Dichte gegenüber der kommerziell empfohlenen Dichte von 152 kg/m³ zu erhöhen, um zu einer höheren Dichte von 481 bis 1.603 kg/m³, insbesondere 641 bis 962 kg/m³, zu kommen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Gewicht der Schaumglasplatte derart zu erhöhen, dass es mehr als 13,64 kg, insbesondere mehr als 29,55 kg, noch spezieller mehr als 45,45 kg, beträgt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine große Schaumglasplatte hoher Dichte bereitzustellen, welche auf den kritischen Flächen von Gebäuden mit hohem Risiko für terroristische Angriffe in Kombination mit Zement, Stahl oder anderen Baumaterialien hoher Festigkeit verwendet werden kann.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glasschaumplatte bereitzustellen, welche in Flächen typischer Gebäude verwendet werden kann und den Vorteil hat, eine starre Struktur aufzuweisen, welche, wenn sie Druckwellen mit Explosionsenergie ausgesetzt wird, einen wesentlichen Teil dieser Explosionsenergie absorbieren kann. Sie weist auch den Vorteil auf, Erdbeben besser standzuhalten.
Diese und andere Aufgaben werden aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist nun herausgefunden worden, dass die obigen und darauf bezogene Aufgaben der vorliegenden Erfindung in Form einer großen Schaumglasplatte hoher Dichte erfüllt werden, welche sowohl auf äußeren als auch auf inneren Gebäudewänden als Fassade verwendet werden kann. Die Schaumglasplatte kann auch zusammen mit einem anderen Material verwendet werden, um ein Element oder einen Verbundstoff zu bilden. Die vorliegende Erfindung kann auf den kritischen Flächen von Gebäuden mit hohem Risiko für terroristische Angriffe in Kombination mit Zement, Stahl oder anderen Baumaterialien hoher Festigkeit angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch in Flächen typischer Gebäude angewendet werden. Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, einen wesentlichen Teil einer durch eine Explosion verursachten Druckwelle zu absorbieren. Die vorliegende Erfindung weist auch den Vorteil auf, Erdbeben besser standzuhalten. Es muss angemerkt werden, dass die Begriffe Glasschaum, Schaumglas, Keramikschaum und Schaumkeramik in der vorliegenden Erfindung gegeneinander austauschbar sind.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine größere Schaumglasplatte höherer Dichte mit einer Außenhaut mit geschlossener Pore, welche eine erhöhte Festigkeit aufweist. Diese schweren Schaumglasplatten absorbieren mehr Energie aus einer Explosion widerstehen einer höheren Windlast und anderen mechanischen Kräften. Die Außenhaut mit geschlossener Pore kann entweder natürlich oder mechanisch durch Verbinden mit einer sekundären Glasfläche gebildet werden. Die Außenhaut mit geschlossener Pore kann verschiedene Farb- und Strukturvariationen aufweisen, welche die Platte für die Verwendung als Außen- oder Innenfassade eines Gebäudes oder einer anderen Struktur geeignet machen. Die Dichte der Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung ist gegenüber der kommerziell empfohlenen Dichte von 152 kg/m³ erhöht, um zu einer höheren Dichte von 481 bis 1.608 kg/m³, insbesondere 641 bis 962 kg/m³, zu kommen. Das Gewicht der Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung beträgt mehr als 18,64 kg, insbesondere mehr als 29,55 kg und noch spezieller mehr als 45,45 kg. Und insbesondere weist die Platte eine geschlossene Porenstruktur auf.
Die große Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung, welche als Baumaterial für innere und äußere Gebäudeflächen verwendet werden kann und weniger Nahtstellen als kleinere Platten aufweisen kann, und welche einen Oberflächenbereich von 0,61 m × 0,61 m oder mehr, insbesondere 1,22 m × 1,22 m oder mehr, aufweist. Speziell kann eine solche Platte eine Dicke von mindestens 51 mm, insbesondere mindestens 76 mm, noch spezieller mindestens 102 mm, aufweisen.
Eine andere Ausführungsform der Schaumglasplatte hoher Dichte der vorliegenden Erfindung kann einen wesentlichen Teil einer Explosionsdruckwelle absorbieren, wenn sie dieser ausgesetzt wird. Insbesondere weist eine solche Schaumglasplatte hoher Dichte eine Dichte von 481 bis 1.603 kg/m³ auf. Diese Schaumglasplatten hoher Dichte können, um ein zusammengesetztes Baumaterial zu bilden, mit einer starren Struktur, z. B. einer äußeren Betonwand, mit Gebäudesäulen, Strukturen, die sich in oder in Nachbarschaft zu Garagen befinden, oder mit anderen Gebäudestrukturen hinterbaut sein, die sich im Inneren oder außerhalb eines Gebäudes befinden, welche dem Risiko unterliegen, möglichen Explosionsdruckwellen ausgesetzt zu sein. Insbesondere kann eine solche Platte mit zementartigen Materialien, welche eine Puzzolanbindung mit der Schaumglasplatte aufweisen, oder mit Polymermaterialien hinterbaut sein. Eine solche Platte kann ein Teil eines größeren Elements sein, und ein solches Element kann auch darin bereitgestellte hängende Hartteile aufweisen und kann in einem tragenden Rahmen befestigt sein.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Keramik-Glas-Schaumverbundstoff, welcher aus einer Oberflächenschicht, mindestens einer Schicht eines starren Schaumglases und mindestens einer Hinterbauungsschicht hergestellt ist. Die Oberflächenschicht kann aus Materialien hergestellt sein, die dafür geeignet sind, Explosionsenergie zu absorbieren, und insbesondere dafür geeignet sind, den Verbundstoff vor dem Auseinanderfallen zu schützen, z. B. Fasermaterialien wie Graphit oder Kevlar oder Polymermaterialien. Bei der Oberflächenschicht kann es sich auch um eine glasierte Außenhaut des starren Schaumglases handeln. Insbesondere weist eine solche Platte eine Dichte von 321 bis 1.603 kg/m³, insbesondere von 481 bis 1.282 kg/m³, auf. Eine solche Platte weist eine geschlossene Porenstruktur auf. Die Oberflächenfinish-Schicht kann entweder während des Erwärmungsprozesses natürlich auf der Platte oder mechanisch durch Verbinden mit einer sekundären Oberfläche gebildet werden. Die Außenhaut mit geschlossener Pore kann verschiedene Farb- und Strukturvariationen aufweisen, welche die Platte für die Verwendung als Außen- oder Innenfassade eines Gebäudes oder einer anderen Struktur geeignet machen. Insbesondere kann es sich bei der Oberflächenfinish-Schicht um eine Nicht-Schaumschicht handeln, wodurch die für das architektonische Design verfügbaren Farb- und Strukturvariationen erweitert werden. Die Hinterbauungs-Schutzschicht kann aus einem oder mehreren Materialien bestehen, z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, aus einem Faserverbundstoff, wobei solche Fasern aus Materialien mit hoher Zugfestigkeit hergestellt sind, z. B. aus Graphit, Kevlar und/oder Glasfaserstoff, oder aus zementartigen Materialien, welche Portlandzement, verstärkten Portlandzement, Kalk, Tonerdeschmelzzement, Putz, Polymermaterial, z. B. kommerzielle vernetzte Kunststoffe und thermoplastische Kunststoffe, Beton oder verstärkten Beton umfassen können. Eine solche Hinterbauungsschicht kann auch durch Metall, Kevlar oder andere Stützmaterialien verstärkt sein. Zwischen mindestens einer Schaumglasschicht und der Hinterbauungsschicht kann ein Bindungsbeschleuniger oder ein Klebstoff aufgebracht sein. Der Verbundstoff kann auch darin bereitgestellte hängende Hartteile aufweisen und kann in einem tragenden Rahmen befestigt sein und kann somit eine wesentliche Menge der Druckwellen- und Schwingungsenergie absorbieren.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Keramik-Glas-Schaumverbundstoff, welcher eine Schaumglasplatte und eine anorganische zementartige Hinterbauung auf der Schaumglasplatte umfasst, wodurch der Verbundstoff einen wesentlichen Teil der Explosionsenergie aus einer möglichen Explosion absorbieren kann, welcher er ausgesetzt sein kann. Eine solche Schaumglasplatte kann eine Außenhaut mit geschlossener Pore aufweisen, welche entweder natürlich oder mechanisch durch Verbinden mit einer sekundären Glasfläche gebildet werden kann. Die Außenhaut mit geschlossener Pore kann verschiedene Farben und Strukturen aufweisen, welche die Platte für die Verwendung als Außen- oder Innenfassade eines Gebäudes oder einer anderen Struktur geeignet machen. Speziell weist eine solche Platte eine Dichte von 321 bis 1.603 kg/m³, insbesondere von 481 bis 1.282 kg/m³, auf. Eine solche Platte kann eine geschlossene Porenstruktur aufweisen, welche entweder natürlich oder mechanisch durch Verbinden mit einer sekundären Glasfläche gebildet erden kann. Solche anorganischen zementartigen Materialien können Portlandzement, verstärkten Portlandzement, Kalk, Tonerdeschmelzzement, Putz, Polymermaterial, Beton oder verstärkten Beton umfassen. Die zementartige Hinterbauung kann eine Puzzolanbindung mit der Schaumglasplatte bilden. Alternativ kann das zementartige Material entweder durch direktes Aufbringen des zementartigen Materials oder durch Aufbringen einer Schicht eines Bindungsbeschleunigers, z. B. des Klebstoffbeschleunigers Elmer's ProBond Concrete Sonder, an das Schaumglas gebunden sein. Insbesondere können in dem zementartigen Material hängende Hartteile installiert werden, entweder bevor das zementartige Material vollständig ausgehärtet ist, oder nachdem das zementartige Material ausgehärtet ist. Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein wesentlicher Teil einer von einer Explosion verursachten Druckwelle absorbiert wird, insbesondere wenn die Platte in die Richtung der möglichen Explosion zeigt.
Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Schaumglaselement, welches aus einer oder mehreren großen Schaumglasplatten hoher Dichte besteht, welche zu einer Leichtgewicht-Gebäudefassade zusammengesetzt werden können. Insbesondere ist die geschlossene Porenstruktur für das architektonische Design strukturiert, weist die Platte einen Innenbereich auf und umfasst die Außenhaut der Platte ein Additiv, damit die Oberfläche in einer anderen Farbe als der Innenbereich der Platte erscheinen zu lassen. Insbesondere können solche Platten verwendet werden, um ein Gebäude gegen eine Beschädigung durch Erdbeben widerstandsfähiger zu machen als Gebäude, die aus herkömmlichen Betonelementen hergestellt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft große Schaumglasplatten hoher Dichte, welche sowohl auf äußeren als auch auf inneren Gebäudewänden als Fassade verwendet, werden können. Die Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung kann auch zusammen mit anderen Materialien verwendet werden, um ein Element oder, einen Verbundstoff zu bilden. Die vorliegende Erfindung kann auf den kritischen Flächen von Gebäuden mit einem hohen Risiko für terroristische Angriffe in Kombination mit Zement, Stahl oder anderen Baumaterialien hoher Festigkeit verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch in Flächen typischer Gebäude verwendet werden. Die vorliegende Erfindung weist die Vorteile auf, widerstandsfähiger gegen Erdbeben und/oder Windlast zu sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die großen Schaumglasplatten hoher Dichte mehr Energie aus einer Explosion absorbieren als heutige Zementbaumaterialien und können ebenso höheren Windlasten und anderen mechanischen Obergriffen standhalten. Solche großen Schaumglasplatten hoher Dichte können in einer Vielfalt von Formen hergestellt werden, z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, ebene und/oder gekrümmte Formen. Ferner werden die großen Schaumglasplatten hoher Dichte der vorliegenden Erfindung aus siliciumdioxidhaltigen Materialien und gasbildenden Schäumungsmitteln hergestellt, z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, aus kohlenstoffhaltigen organischen Stoffen (z. B. Zucker und Stärke), Kohlenstoffschwarz, Siliciumcarbid, Carbonaten und Sulfaten. Es gibt viele mögliche Verfahren, um keramische Schaumelemente verschiedener Dichten, Größen und Oberflächenfinishs herzustellen. US-Patentschrift 4,430,108 beschreibt verschiedene Schaumglasprodukte, welche aus Flugasche und anderen Additiven hergestellt werden und verschiedene Dichten und Oberflächenfinishs aufweisen. Schaumglasplatten verschiedener Dichten können hergestellt werden, indem die Zusammensetzung und der Typ und die Konzentration der Schäumungsmittel variiert wird. Die Viskosität von Glas ist während des Schäumungsverfahrens der dominierende Parameter. Außerdem hängen die Porenstruktur und die Einheitlichkeit von der Verteilung und der Teilchengröße des Schäumungsmittels ab.
In der bevorzugten Ausführungsform für die Verwendung zum Standhalten von Explosionen ist die Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung größer und weist eine höhere Dichte auf als die hierin erörterten herkömmlichen Schaumglasplatten. Speziell weisen die bevorzugten Schaumglasplatten einen Oberflächenbereich der Abmessungen von mindestens 0,61 m × 0,61 m, insbesondere mindestens 1,22 m × 1,22 m, und eine Tiefe von mindestens 51 mm, insbesondere mindestens 76 mm, noch besser mindestens 102 mm, auf.
Solche großen Platten sind vorteilhaft gegenüber herkömmlichen kleineren Platten, weil die größere Größe ermöglicht, dass der Plattenverbund weniger Nahtstellen aufweist als die herkömmlich verwendeten Verbünde kleinerer Platten. Solche Nahtstellen können für die strukturelle Integrität nachteilig sein, weil Nahtstellen in einer Plattertoberfläche aufgrund der thermischen Ausdehnung und Kontraktion schwach werden und daher dazu neigen zu brechen. Diese Nahtstellen sind auch ein Mittel, über welches Wasser hinter die Platten dringen kann, was über eine Vielfalt von Prozessen zu einem Schaden führt, z. B. durch Hohlräume, Insekten und den Gefrier-Auftau-Zyklus. Beim Gefrier-Auftau-Zyklus dehnt sich das Wasser aus, wenn es in eine Platte einsickert und gefriert. Wenn das Wasser auftaut, zieht es sich zusammen und bewirkt dadurch, dass das Material bricht. Wenn sie einer durch eine Explosion verursachten Druckwelle ausgesetzt wird, ermöglicht eine nicht ausreichend versiegelte Nahtstelle der Welle, hinter die Platten zu dringen, was bewirkt, dass diese nach außen explodieren, anstatt die gewünschte Energie zu absorbieren. Daher wird durch Verringern der Anzahl der Nahtstellen das Risiko verringert, nicht ausreichend versiegelte Nahtstellen zu haben. Die größere Plattenfläche weist auch, den weiteren Vorteil auf, dadurch die Arbeit am Montageort zu verringern, dass weniger Teile zusammengesetzt werden müssen, was wiederum die Lohnkosten verringert.
Ferner sind diese Schaumglasplatten der vorliegenden Erfindung auch dichter und schwerer als herkömmliche Schaumglasmaterialien, die im Bau verwendet werden. Vorzugsweise ist die Dichte der Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung gegenüber der kommerziell empfohlenen Dichte von 152 kg/m³ erhöht, so dass sie eine höhere Dichte von 321 bis 1.603 kg/m³, insbesondere 481 bis 1.282 kg/m³, aufweist. Das Gewicht der Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung beträgt mehr als 13,64 kg, insbesondere mehr als 24,55 kg und noch spezieller mehr als 45,45 kg. Obwohl diese Dichten und Gewichte höher sind als bei herkömmlichem Schaumglas, bieten sie immer noch den Vorteil, im Verhältnis weniger dicht und daher leichter zu sein als herkömmliche Zementprodukte, die im Bau verwendet werden.
Die Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine Außenhaut mit geschlossener Pore auf, wodurch die Platte mit einer höheren Festigkeit versehen wird und gegen Wasser und den Gefrier-Auftau-Zyklus geschützt wird. Die Außenhaut mit geschlossener Pore kann entweder natürlich gebildet werden, wie in der US-Patentschrift 4,430,108 gelehrt, oder mechanisch durch Verbinden mit einer sekundären Glasfläche, wie in der US-Patentschrift 5,069,960 gelehrt. Die natürliche Bildung ist von Vorteil, weil sie keine zusätzliche Arbeit und Qualitätskontrolle erforderlich macht und somit kosteneffektiver und weniger aufwändig ist. Die Verwendung einer sekundären Glasfläche kann ebenfalls von Vorteil sein, weil solche Techniken ermöglichen, dass die Außenhaut mit geschlossener Pore verschiedene Farb- und Strukturvariationen aufweist, was die Platte für die Verwendung als Außen- oder Innenfassade eines Gebäudes oder einer anderen Struktur architektonisch attraktiv macht. Ein Weg, verschiedenfarbige Flächen herzustellen, ist die Verwendung verschiedenfarbiger Additive, wie es dem Fachmann im Allgemeinen wohlbekannt ist.
Ein weiterer Vorteil der Schaumglasplatte hoher Dichte der vorliegenden Erfindung ist es, dass sie, wenn sie einer Explosionsdruckwelle ausgesetzt wird, einen wesentlichen Teil der Druckwelle absorbieren kann. Da diese Platten einen wesentlichen Teil einer Explosionsdruckwelle absorbieren können, sind sie besonders vorteilhaft als Gebäudebaumaterialien für innere und äußere Flächen von Gebäuden, welche dem Risiko unterliegen, Explosionen ausgesetzt zu werden, wie z. B. Regierungsgebäude, Botschaften und gut sichtbare/berühmte Gebäude.
Diese Schaumglasplatten hoher Dichte können mit einer starren Struktur, z. B. einer äußeren Betonwand, mit Gebäudesäulen, Strukturen, die sich in oder in Nachbarschaft zu Garagen befinden, oder mit anderen Gebäudestrukturen hinterbaut sein, die sich im Inneren oder außerhalb eines Gebäudes befinden, welche dem Risiko unterliegen, möglichen Explosionsdruckwellen ausgesetzt zu sein. Um für eine zusätzliche Verstärkung für Außenwände zu sorgen, können solche Platten mit zementartigen Materialien oder Polymermaterialien hinterbaut sein. Beispiele für zementartige Materialien sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Beton, verstärkter Beton, Portlandzement, verstärkter Portlandzement, Kalk, Tonerdeschmelzzement, Putz. Beispiele für Polymermaterialien sind, ohne darauf beschränkt zu sein, kommerzielle vernetzte Kunststoffe wie Polyester, Epoxide, Polyurethan und Silicone, und kommerzielle thermoplastische Kunststoffe wie PVC, Polyethylen, Polystyrol, Nylons und Polyester, und Fasern verschiedener Arten, z. B. Keramik-, Kohlenstoff-, Glas-, Cellulose-, Graphit-, Kevlar- und Polymerfasern. Die Zusammensetzung der vorstehenden Materialien weist Eigenschaften auf, welche die Absorption großer Kräfte erleichtern und verbessern. Eine solche Platte kann auch ein Teil eines größeren Elements sein, und ein solches Element kann auch darin bereitgestellte hängende Hartteile aufweisen und kann in einem tragenden Rahmen befestigt sein.
Die Schaumglasplatten der vorliegenden Erfindung sind auch dicker als herkömmliche Schaumglasplatten. Insbesondere sind die Schaumglasplatten der vorliegenden Erfindung mindestens 51 mm, vorzugsweise mindestens 76 mm, noch besser mindestens 102 mm, dick. Die erhöhte Dicke der Platte erhöht das Volumen und deswegen das Gewicht der Platte. Die erhöhte Dicke erhöht die Steifheit der Platte, wodurch versehentliche Brüche während der Bearbeitung, entweder bei der Herstellung, beim Transport oder beim Einbau, verringert werden. Die erhöhte Dicke ermöglicht auch, dass die Platten mehr Energie aus Explosionen, Erdbeben oder anderen Druckwellen absorbieren.
Die Auswahl der speziellen Größe, Dicke und Dichte hängt von der Verwendung ab, für welche die Platte hergestellt werden soll. Wenn die Platte zum Beispiel dafür verwendet werden soll, Erdbeben standzuhalten, dann sollten die Platten auf das geringste Gewicht optimiert werden, welches dem Winddruck standhalten kann. Wenn die Platte im Gegensatz dazu ein Gebäude oder eine Struktur vor Druckwellen schützen soll, die zu einer Explosion gehören, dann sollte die Platte so optimiert werden, dass ihre Dichte derart erhöht wird, dass sie stark genug ist, um eine solche Druckwelle zu absorbieren. Die gewünschte Dicke wird von der Nähe der Platte zu dem Ort der möglichen Explosion abhängen. An der Außenseite eines Gebäudes müsste bei der Dicke zum Beispiel die Entfernung der Platte zu dem nächsten Ort, wo ein Automobil oder ein Lastkraftwagen mit Sprengstoff geparkt werden kann, in Betracht gezogen werden. Im Inneren eines Gebäudes andererseits, z. B. bei einer tragenden Säule, könnte die angenommene Nähe die Position unmittelbar neben einer solchen Säule sein, obwohl die als wahrscheinlich angenommene Sprenglast wesentlich geringer wäre.
Für den Zweck, Druckwellen zu widerstehen, die zu einer Explosion gehören, kann die Platte der vorliegenden Erfindung mit einer starren Hinterbauung kombiniert werden, um ein zusammengesetztes Element zu bilden. Wenn das zusammengesetzte Element der Druckwelle ausgesetzt wird, fällt die ausgesetzte Schaumglasplatte der vorliegenden Erfindung zusammen oder implodiert und absorbiert dadurch eine wesentliche Menge der Druckwellenenergie, welcher sie ausgesetzt ist, wodurch die starre Hintermauerung geschützt wird, welche wiederum das Gebäude oder die andere Struktur schützt. Die starre Hinterbauung kann aus irgendeinem der oben bezüglich der starren Struktur erörterten Materialien bestehen.
In dem Fall, dass eine Platte verwendet wird, um eine Struktur widerstandsfähig gegen Erdbeben zu machen, kann eine geringfügig leichtere Platte mit einer starren Hinterbauung verwendet werden. Die durch den Winddruck verursachte Last, welcher diese Platten widerstehen müssen, ist auf die Fläche zwischen tragenden Säulen bezogen. Je größer daher die Fläche zwischen tragenden Säulen, desto mehr Widerstandsfähigkeit und größere Festigkeit wird von der zusammengesetzten Platte mit starrer Hinterbauung benötigt. Die Dicke/Dichte der zu verwendenden Platten ist dementsprechend durch diese Parameter definiert. Daher sollte die Auswahl dieser Eigenschaften so optimiert werden, dass das leichteste System bereitgestellt wird, welches dem größten angenommenen Winddruck standhalten kann, dem standzuhalten ist, wobei ein angemessener Sicherheitsfaktor eingebaut wird, wie es typischerweise in der Bauindustrie üblich ist. Die Platten sollten von einem Metallrahmen getragen werden, welcher wiederum von strukturellen Metallträgern des Gebäudes oder der anderen Struktur getragen wird.
Für ästhetische Zwecke können die Platten mit einer Finish-Schicht auf jeder Fläche verwendet werden, die öffentlich eingesehen werden kann. Wenn daher nur eine Fläche öffentlich einzusehen ist, dann muss nur diese Fläche die Platten mit der Finish-Schicht aufweisen. Wenn andererseits beide Seiten einer Wand, die durch die vorliegende Erfindung geschützt werden sollöffentlich eingesehen werden können, dann kann auf der zweiten freiliegenden Seite, z. B. im Inneren des Gebäudes, eine zweite Platte mit einer Schicht mit einem geeignetem Finish verwendet werden. Alternativ können auch andere Innenflächen verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil der Platten der vorliegenden Erfindung ist es, dass solche Platten auch wärmeisolierend ebenso wie feuerfest sind. Daher weisen diese Platten den zusätzlichen Vorteil auf, dafür verwendet werden zu können, eine tragende Säule vor einem terroristischen Feuerangriff, z. B. durch einen Molotowcocktail, oder vor anderen Feuerquellen zu schützen. Durch Verwendung der Platten der vorliegenden Erfindung kann dadurch die Zerstörung solcher tragender Säulen entweder verhindert und/oder verzögert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass Menschen, die sich in einem angegriffenen Gebäude aufhalten, genug Zeit haben, um das Gebäude zu verlassen.
Eine andere Ausführungsform der Platten der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um vorhandene Gebäude oder andere Strukturen nachzurüsten. Insbesondere können die Platten auf den möglicherweise ungeschützten Wänden befestigt werden. Wenn solche Wände bereits starr genug sind, dann können die Platten direkt darauf befestigt werden. Wenn nicht, dann können die Platten auf einer geeigneten starren Struktur oder Hinterbauungs-Schutzschicht befestigt werden, um ein Element zu bilden, welches wiederum auf der ungeschützten Wand befestigt werden kann. Eine geeignete Hinterbauungs-Schutzschicht kann ein Faserverbundstoff sein, wobei solche Fasern aus Materialien hoher Zugfestigkeit hergestellt sind, z. B. aus Graphit, Kevlar und/oder Glasfaserstoff, oder aus zementartigen Materialien, welche Portlandzement, verstärkten Portlandzement, Kalk, Tonerdeschmelzzement, Putz, Polymermaterial, verstärkten Beton umfassen können. Eine solche Hinterbauungsschicht kann durch Metall, Kevlar oder andere Stützmaterialien verstärkt sein. Ein Bindungsbeschleuniger oder Klebstoff, wie z. B. der Klebstoffbeschleuniger Elmer's ProBond Concrete Sonder, kann zwischen der mindestens einen Schaumglasschicht und der Hinterbauungsschicht aufgebracht sein. Der Verbundstoff kann auch darin bereitgestellte hängende Hartteile aufweisen und kann in einem tragenden Rahmen befestigt sein und kann somit eine wesentliche Menge der Druckwellen- und Schwingungsenergie absorbieren.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die Platte der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Rohmaterialien hergestellt werden, welche (ohne notwendigerweise darauf beschränkt zu sein) Siliciumdioxid, Flugasche, vulkanische Asche, Kieselgur, siliciumdioxidhaltige Mineralien, Alkalicarbonate, Calcium- und Magnesiummineralien wie Dolomit und Gips, Natriumsilicat, Borax, Glaspulver (z. B. Bruchglas) und Schäumungsmittel umfassen. Das Schäumungsmittel kann aus kohlenstoffhaltigen organischen Stoffen wie Zucker und Stärke, Kohlenstoffschwarz, Siliciumcarbid, Carbonaten, Sulfaten und anderen ähnlichen Materialien ausgewählt werden.
Um die Platte der vorliegenden Erfindung herzustellen, können verschiedene Verfahren angewendet werden. In einer Ausführungsform werden die Ausgangsmaterialien für die Herstellung der Platte zusammen mit Wasser vermischt, um eine homogene Schlämme zu bilden. Es muss angemerkt werden, dass, obwohl das bevorzugte Mischverfahren ein Nassmischverfahren ist, in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Rohmaterialien für die Zubereitung des Schaumglases dennoch auch ein Trockenmischverfahren gewählt werden kann. Wenn zum Beispiel als ein Haupt-Rohmaterial ein Glaspulver (Natronkalk-Bruchglas) verwendet wird, kann der Gasbildner in einer herkömmlichen Mischvorrichtung, z. B. einer Kugelmühle, trocken eingemischt werden. Wenn ein Nassmischverfahren angewendet wird, beträgt der Feststoffgehalt der Schlämme vorzugsweise von 30 bis 80 Gew.-%, insbesondere von 50 bis 70 Gew.-%.
Die Schlämme wird dann in einer herkömmlichen Trocknungsvorrichtung, z. B. einem Sprühtrockner, getrocknet, um trockene Pulver herzustellen. Wenn eine statische Trocknungsvorrichtung verwendet wird, dann werden die getrockneten Aggregate gemahlen, um getrocknete Pulver zu bilden. Das resultierende pulverförmige Produkt wird dann auf eine Temperatur geglüht, bei welcher die Viskosität des resultierenden Schaumglases vorzugsweise von 10⁷ bis 10² Poise, insbesondere von 10⁵ bis 10³ Poise, beträgt. Die Glühbehandlung kann in einer reduzierenden Umgebung durchgeführt werden, um organische Gasbildner wirksam zu mikroskopischen kohlenstoffhaltigen Verbindungen zu pyrolisieren. In dem Fall von Siliciumcarbid als Schäumungsmittel kann die Glühbehandlung in einer neutralen Luftatmosphäre durchgeführt werden. Wenn Glaspulver als Hauptbestandteile in den Schaumglaszubereitungen verwendet werden, ist der Glühschritt derselbe wie der Schäumungsschritt. Die Glühbehandlung kann in einem Drehofen, in stationären Formen in einem Ofen oder in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt werden, welcher hauptsächlich durch ein heißes Gas erhitzt wird.
Das geglühte Produkt kann eine Pulverisierung erforderlich machen, wenn die Glühbehandlung zum Beispiel in stationären Formen durchgeführt wird. Es kann sein, dass die Glühbehandlung durch Fluidisierung keine Pulverisierung erforderlich macht, wenn die Teilchen in der Wirbelschicht nicht agglomerieren. Die geglühten Pulver werden vorzugsweise durch ein Sieb der Maschenzahl 20, noch besser durch ein Sieb der Maschenzahl 40, gesiebt, um die groben Teilchen zu entfernen.
Die Pulver werden dann in einer Metallform zu gewünschten Formen geformt. Die bevorzugten Metalle sind Edelstahl und chromhaltige Legierungen wie Inconel^TM Inco Alloys. Legierungen des Inconel^TM-Typs werden bevorzugt, weil sie Thermozyklen und der Oxidation besser standhalten können als Edelstahle. Vorzugsweise werden Formtrennmittel verwendet, um das Formlösungsverfahren zu erleichtern und auch die Haftung des Schaumglases an dem Metall auf ein Mindestmaß zu beschränken, welche zu einer unerwünschten Rissbildung in dem fertigen Schaumglasprodukt führen kann. Die Formtrennmittel sollten der Spitzen-Brenntemperatur standhalten, als Ergebnis können dann preiswerte feuerfeste Oxide, wie z. B. siliciumdioxidreiche Mineralien, aluminiumoxidreiche Mineralpulver wie Kieselgur, Siliciumdioxid und verschiedene Tone, verwendet werden. Es kann eine sekundäre Oxidglasur oder eine Oberflächenbeschichtung über die geformte Schaumglaspulver-Vorstufe aufgebracht werden, um einen zusätzlichen Oberflächeneffekt in dem fertigen Schaumprodukt zu erzeugen.
Die Formen werden dann entweder in elektrische oder in gasbetriebene Öfen überführt, welche die Formen mit einer besseren Temperatureinheitlichkeit als 50°C, insbesondere einer besseren als 20°C, über jede Dimension der Form aufnehmen können. Die Heizgeschwindigkeit wird basierend auf der Dicke des Schaumglases und der Produktbefüllung in dem Ofen ausgewählt. Normalerweise kann die Heizgeschwindigkeit von 2 bis 10°C/min, vorzugsweise von 3 bis 5°C/min, betragen. Bei der Spitzen-Schäumungstemperatur beträgt die Viskosität des Schaumglases von 10⁵ bis 10³ Poise. Die Durchwärmungszeit bei der Spitzen-Brenntemperatur hängt von den Abmessungen des Schaumglases ab. Die Durchwärmungszeit beeinflusst auch die Dicke der Oberflächenglasur. Eine längere Durchwärmungszeit führt zur Bildung einer dickeren Oberflächenglasur oder Haut. Die größeren Schäume können längere Durchwärmungszeiten erforderlich machen, um über den Schaumkörper hinweg ein Temperaturgleichgewicht sicherzustellen.
Während der Abkühlperiode auf Raumtemperatur müssen thermische Spannungen über das Schaumglas hinweg auf ein Mindestmaß beschränkt werden, um ein starkes Produkt sicherzustellen, welches frei von restlichen thermischen Spannungen ist. Als ein Ergebnis ist die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich der oberen und unteren Kühltemperatur, was einem ungefähren Viskositätsbereich von 10¹² bis 10¹⁶ entspricht, relativ langsam, von 1 bis 5°C/min, vorzugsweise von 1 bis 3°C/min. Oberhalb und unterhalb dieses Temperaturbereichs beträgt die mittlere Abkühlgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Abmessungen des Schaums 2 bis 10°C/min, vorzugsweise 3 bis 5°C/min.
Das entspannte Schaumglas wird aus der Form gelöst und an seinen. Seiten getrimmt, falls erforderlich. Die Trimmbehandlung kann durch verschiedene Mittel durchgeführt werden, z. B. durch Beschleifen und Zuschneiden. Das Zuschneiden mit einer abriebfesten Klinge, z. B. einer Carbidklinge, wird bevorzugt, weil hierbei weniger Staub erzeugt wird als beim Beschleifen. Es sollte angemerkt werden, dass der Schaumglasstaub hauptsächlich aus nichtkristallinem Siliciumdioxid besteht, welches viel ungefährlicher ist als kristalliner Siliciumdioxidstaub wie z. B. Betonstaub.
Die hergestellte Schaumglasplatte kann als selbständige Platte oder für die Herstellung von Schaumglas-Verbundelementen verwendet werden. Das gesamte Verschnitt und der Staub, welche während des letzten Schritts gesammelt wurden, werden zerrieben und den Ausgangsmaterialien hinzugefügt. Außerdem wird jeglicher Produktausschuss, z. B. zerbrochene Platten oder Elemente, zerrieben und in den Ausgangsmaterialien wiederverwendet.
Der Fachmann wird verstehen, dass das vorstehende Verfahren zur Herstellung der Platten der vorliegenden Erfindung modifiziert werden könnte oder andere Herstellungsverfahren angewendet werden könnten, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Wie oben erörtert, ist eine Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung der Einbau von Hinterbauungsmaterialien in die Schaumglasplatte. Die unten folgenden Beispiele 1 und 2 veranschaulichen die Anwendung von Portlandzement als Hinterbauungsmaterial. Diese Beispiele zeigen, dass eine Puzzolanbindung an der Grenzfläche zwischen der Schaumglasplatte und der zementartigen Hinterbauungsschicht natürlich auftritt.
Alternativ können andere anorganische zementartige Hinterbauungsmaterialien bis zu einer gewünschten Dicke über die Schaumglasplatte aufgebracht werden, vorzugsweise zunächst als eine Paste, welche zu einer soliden Hinterbauung aushärtet. Die Hinterbauung kann als mehrschichtige Struktur ausgebildet werden, wobei Kalk oder Portlandzement die dem Schaum benachbarte Schicht darstellen, um Puzzolanbindungen zu entwickeln, gefolgt von darüber liegenden anderen zementartigen Schichten. Die Zement-Hinterbauungsmaterialien können durch die Zugabe von Fasern aus Glas, Graphit, Keramik, Polymeren wie Cellulose, Metallen, Kevlar oder Ähnlichem verstärkt sein.
Es ist auch möglich, die Schaumglasplatte über eine zusammenfügende Verbindung mit anderen festen Schichten zu verbinden. Es können zum Beispiel geeignete Kontaktklebstoffe zwischen einer Metallfolie und dem Schaumglas aufgebracht werden. Ein solcher Klebstoff, welcher für Aluminiumfolien verwendet werden kann, ist ein Klebstoff auf Siliconbasis. Andere Beispiele sind das Aufbringen eines Polymerschaums zwischen dem Schaumglas und einem anderen Hinterbauungs material, um den Polymerschaum zu schützen. Polyurethanschaum und Zementplatten sind Beispiele für diese Art der mehrschichtigen Hinterbauung. Der Vorteil des Polyurethanschaums ist es, dass er an Ort und Stelle in einen Spalt zwischen einer zuvor positionierten Schaumglasplatte und einer Verschalungsrückschicht aufgebracht werden kann. Polymerhinterbauungen sind besonders nützlich, um das Auseinanderfallen der spröden Schichten, wie z. B. des Schaumglases und vor allem der zementartigen Schichten, zu verringern. Die Hinterbauungsschicht kann mehrere Schichten Schaumglas enthalten, welche mit Zement, Polymerschäumen oder anderen Kontaktklebstoffen miteinander verbunden sind.
Die Schaumglashinterbauung kann für eine maximale Absorption der Druckwellenenergie so gewählt werden, dass sie eine andere Dichte aufweist als das Haupt-Schaumglaselement. Die Vorderseite der Schaumglasschicht ist normalerweise glasiert, wie zuvor erörtert. Es kann jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung ein Oberflächenfinish aufgebracht werden, um der Schaumglas-Verbundstruktur einen weiteren Schutz und eine ästhetische Erscheinung zu verleihen. Das Oberflächenfinish kann aufgebracht werden, bevor oder nachdem die Hinterbauungsschichten installiert sind. Bei dem Finish kann es sich um eine strukturierte zementartige und/oder polymere Überschicht handeln, welche zum Beispiel eine Ziegelfront oder ein marmorartiges Aussehen zeigt. Diese Finishs können an Ort und Stelle über der Schaumschicht geformt werden oder über einen Kontaktklebstoff oder eine Zementschicht mit Puzzolanaktivität als separate Verschalung an den Schaum geklebt werden. Diese Finishs verleihen der Schaumglas-Verbundstruktur ein zusätzliches architektonisches Design. Außerdem können in Oberflächenfinishs Farbstoffe verwendet werden, um der Struktur die gewünschten Farben zu geben. Den Oberflächenfinishs können Fasermaterialien hinzugegeben werden, um für eine zusätzliche Verstärkung zu sorgen und um das Auseinanderfallen nach der Aufnahme einer Druckwelle zu verringern. Falls erwünscht, können den Oberflächenfinishs verschiedene UV-Schutzverbindungen hinzugegeben werden.
Die Dicke sowohl der Hinterbauungsschichten als auch der Oberflächenfinishs kann in Abhängigkeit von Gestaltungskennwerten, erforderlicher Energieabsorption und Festigkeit variieren. Das Aufbringen eines Oberflächenfinishs kann unnötig sein, weil die natürliche Glasur des Schaumglaselements nach dem Brennen ästhetisch ausreichend sein kann.
BEISPIEL 1
Es wurde eine Schaumglasplatte hergestellt, indem die unten in Tabelle 1 angegebenen Ausgangsmaterialien vermischt wurden: TABELLE 1

Flugasche (geglüht, Typ F) 2000 g

Siliciumdioxid-Mehl 2000 g

Natriumcarbonat 600 g

Natriummetasilicat-Pentahydrat 1600 g

Kaliumcarbonat 0

Borax 0

Zucker 120 g

Wasser 1415 g
Die resultierende Schlämme wurde getrocknet, und das Pulvergemisch wurde etwa 45 Minuten lang bei 950°C geglüht, um die Ausgangsmaterialien zur Reaktion zu bringen und den Zucker zu einer fein und gleichmäßig verteilten kohlenstoffhaltigen Phase zu zersetzen. Das geglühte Produkt wurde zu feinen Pulvern gemahlen, in einer Inconel^TM-Form angeordnet und durch Erhitzen auf etwa 850°C aufgeschäumt und bei dieser Temperatur ungefähr 30 Minuten lang durchwärmt. Das resultierende Schaumglas wurde auf Raumtemperatur entspannt und aus der Form gelöst. Das resultierende Schaumglas wies eine Dichte von etwa 401 kg/m³, eine dunkle grünliche Farbe und eine vollständig glasierte Oberfläche auf. Die Porenstruktur war einheitlich, mit einer mittleren Porengröße von etwa 2 mm. Nach dem Trimmen der Ränder wies die Platte Abmessungen von ungefähr 406 mm × 305 mm × 76 mm auf.
Die Schaumglas-Beton-Verbundplatte gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch das folgende Verfahren hergestellt. Der Schaum wurde um seine Seiten herum getrimmt und wurde um seinen Umfang herum mit Sperrholzstreifen gerahmt, wobei die glasierte Fläche nach unten zeigte und über der Platte ein Spalt von etwa 25 mm gelassen wurde, um Zement aufzunehmen. Ein Portlandzement-Sandgemisch (Quickrete-Sandgemisch) wurde gemäß der Anleitung des Herstellers zubereitet. Die resultierende Paste wurde über die freiliegende Fläche des Schaums gegeben, welche während des Brennens in Kontakt mit der Form stand und nicht getrimmt wurde, um die Zellstruktur frei liegen zu lassen, bevor die Verbundplatte hergestellt wurde. Der Beton konnte 28 Stunden lang aushärten, bevor er aus der Form entnommen wurde. Die Grenzfläche zwischen dem Schaum und den Betonschichten war vollständig versiegelt, was ein Zeichen für die Bildung einer starken Zement-Puzzolanbindung ist.
BEISPIEL 2
Es wurde eine Schaumglasplatte hergestellt, indem die unten in Tabelle 2 angegebenen Ausgangsmaterialien vermischt wurden: TABELLE 2

Flugasche (geglüht, Typ F) 2000 g

Siliciumdioxid-Mehl 2000 g

Natriumcarbonat 320 g

Natriummetasilicat-Pentahydrat 800 g

Kaliumcarbonat 320

Borax 400

Zucker 120 g

Wasser 1370 g
Die resultierende Schlämme wurde getrocknet, und das Pulvergemisch wurde etwa 30 Minuten lang bei 900°C geglüht, um die Ausgangsmaterialien zur Reaktion zu bringen und den Zucker zu einer fein und gleichmäßig verteilten kohlenstoffhaltigen Phase zu zersetzen. Das geglühte Produkt wurde zu feinen Pulvern gemahlen, in einer Inconel^TM-Form angeordnet und durch Erhitzen auf etwa 860°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von etwa 3,5°C/min aufgeschäumt. Der resultierende Schaum wurde auf Raumtemperatur entspannt und aus der Form gelöst. Das Schaumglas wies eine Dichte von etwa 833 kg/m³, eine grünliche Farbe und eine vollständig glasierte Oberfläche auf. Die Porenstruktur war einheitlich, mit einer mittleren Porengröße von etwa 1 bis 2 mm. Nach dem Trimmen der Ränder wies die Platte Abmessungen von ungefähr 432 mm × 305 mm × 36 mm auf.
Die Schaumglas-Beton-Verbundplatte gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch das folgende Verfahren hergestellt. Der Schaum wurde um seine Seiten herum getrimmt und wurde um seinen Umfang herum mit Sperrholzstreifen gerahmt, wobei die glasierte Fläche nach unten zeigte und über der Platte ein Spalt von etwa 25 mm gelassen wurde, um Zement aufzunehmen. Auf den Schaum wurde eine dünne Schicht des Klebstoffbeschleunigers Elmer's ProBond Concrete Sonder aufgebracht. Ein Portlandzement-Mörtelgemisch (Sakrete-Mörtelgemisch) wurde gemäß der Anleitung des Herstellers zubereitet. Die resultierende Paste wurde über die freiliegende Fläche der gerahmten Schaumglasplatte gegeben und geglättet. Hierbei handelte es sich um die mit der Brennform in Kontakt stehende Seite, diese wurde nicht getrimmt, um die Zellstruktur frei liegen zu lassen, bevor die Verbundplatte hergestellt wurde. Der Beton konnte 28 Stunden lang aushärten, bevor er aus der Form entnommen wurde. Die Grenzfläche zwischen dem Schaum und den Betonschichten war vollständig versiegelt, was ein Zeichen für die Bildung einer starken Zement-Puzzolanbindung ist.
Nun, da die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert dargestellt und beschrieben worden sind, werden dem Fachmann leicht verschiedene Modifikationen und Verbesserungen daran ersichtlich. Dementsprechend muss der Umfang der vorliegenden Erfindung weit ausgelegt werden und darf nur durch die folgenden Patentansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung beschränkt werden.

Claims

Schaumglasplatte, die eine Außenhaut mit geschlossener Pore auf mindestens einer Seite umfasst, wobei die Schaumglasplatte eine Dichte zwischen 480 kg/m³ (30 Pfund/Kubikfuß) und 1.600 kg/m³ (100 Pfund/Kubikfuß), eine Dicke von mindestens 5,1 cm (zwei Inch) und ein Gewicht von größer als 14 kg (30 Pfund) aufweist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Plattenoberfläche mindestens 61 cm (2 Fuß) mal 61 cm (2 Fuß) beträgt.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Plattenoberfläche mindestens 1,2 m (4 Fuß) mal 1,2 cm (4 Fuß) beträgt.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine Dichte aufweist, die größer als 640 kg/m³ (40 Pfund/Kubikfuß) ist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine Dichte aufweist, die größer als 800 kg/m³ (50 Pfund/Kubikfuß) ist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine Dicke von mindestens 7,6 cm (3 Inch) aufweist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine Dicke von mindestens 10 cm (4 Inch) aufweist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte ein Gewicht von mindestens 29 kg (65 Pfund) aufweist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte ein Gewicht von mindestens 45 kg (100 Pfund) aufweist.
Verfahren zur Verwendung der Schaumglasplatte nach Anspruch 1, umfassend die Schritte des Zusammenbaus der Schaumglasplatte mit mindestens einer anderen Schaumglasplatte von ähnlicher Konstruktion, um ein Element zu bilden, und Verwenden des Elements als eine Leichtbaufassade.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend ferner den Schritt der Montage der Baufassade in mindestens einen Teilbereich von einem Gebäude derart, dass der Teilbereich von dem Gebäude im Wesentlichen widerstandsfähig gegenüber Erdbebenschäden sein wird.
Schaumglasplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine geschlossene Porenstruktur aufweist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 12, wobei die Außenhaut eine glasierte Außenhaut von der Schaumglasplatte ist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 12, wobei die geschlossene Porenstruktur für das architektonische Design strukturiert ist.
Schaumglasplatte nach Anspruch 12, wobei die Platte ferner einen Innenbereich und die Außenhaut ein Additiv umfasst, damit die Oberfläche in einer anderen Farbe als der Innenbereich der Platte erscheint.