DE10060212A1 - Bauelemente und Faserplatten mit Fasern aus Cellulose, Papier, Holz oder Glas sowie Holzspanplatten mit einem gipshaltigen Mischbinder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft mit gipshaltigem Mischbinder hergestellte Bauelemente zum Errichten von Gebäudeteilen und Bauelemente von relativ dünner Form, bei denen die Verträglichkeit hydraulischer Zusätze mit Gips verbessert und Treiberscheinungen vermieden werden sollen. Die Kosten bei der Herstellung sollen gesenkt werden. Insbesondere bei der Herstellung von Bauelementen und Faserplatten mit Glasfasern als Bewehrung sollen zusätzliche Aufwendungen für den Korrosionsschutz der Glasfaser vermieden werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht der Mischbinder aus 40 bis 65 Gewichtsteilen Beta-Calciumsulfat-Halbhydrat, 20-40 Gewichtsteilen aluminatarmen Zement und 5 bis 20 Gewichtsteilen einer mindestens Zementfeinheit aufweisenden silikatischen Komponente, die durch Hüttensand und/oder Steinkohlenfilterasche gebildet wird, wobei der Hüttensand einen SiO¶2¶-Anteil von 30% bis 38% aufweist. DOLLAR A Das Anwendungsgebiet betrifft Faserplatten mit Fasern aus Cellulose, Papier, Holz oder Glas sowie Holzspanplatten. Außerdem erstreckt sich die Erfindung auf Faserplatten mit Fasern aus Holz oder Glas sowie Holzspanplatten.

Description

Die Erfindung betrifft Bauelemente zum Errichten von Gebäudeteilen und Bauelemente von relativ dünner Form wie Faserplatten mit Fasern aus Cellulose, Papier, Holz oder Glas sowie Holzspanplatten mit einem gipshaltigen Mischbinder. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen und Faserplatten mit Fasern aus Holz oder Glas sowie Holzspanplatten, bei welchem Fasern mit einem Mischbinder vermischt und unter Zusatz von gegebenenfalls Zusatzstoffen zu einer Faserplatte verformt und verdichtet werden bis der Mischbinder abbindet.

Mit einem Bindemittel gebundene Formkörper mit Fasermaterial als Bewehrung, insbesondere Gips-Faserplatten, hergestellt aus Altpapier und Beta-Gipshalbhydrat oder Alpha-Gipshalbhydrat, sind in der Bauindustrie allgemein bekannt. Das verwendete anorganische Bindemittel besteht vornehmlich aus Gipshalbhydrat. Gipsfaserplatten mit Gips als Bindemittel haben den Nachteil einer geringen Naßfestigkeit, so daß seit langem Bestrebungen im Gange sind, die Naßfestigkeit durch Einsatz eines Mischbinders zu erhöhen.

In der EP 427 064 (Knauf) ist eine Bindemittelmischung beschrieben, die Portlandzement, Alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat und weitere Zusätze beinhaltet. Bei der Bindemittelmischung handelt sich um schnell abbindende Zementgemische von hoher Festigkeit, wobei eine lange dauernde Festigkeit angestrebt wird. Als Zement soll ein Portlandzement verwendet werden, der nur sehr geringe Mengen an Tricalciumaluminat enthält, da das Tricalciumaluminat im Portlandzement nachreagieren kann und mit dem Sulfat des Gipses Ettringit bildet. Der Ettringit verursacht aber bei seiner sekundären Bildung eine Volumenzunahme des abgebundenen Zementes. Dadurch entstehen Risse, welche die Standfestigkeit herabsetzen können.

Beansprucht ist ein aluminatarmer Zement, der wenig Ettringit bildet. Des weiteren soll durch die Verwendung von amorpher Kieselsäure die Bildung von Ettringit vermieden werden. Das schwindfreie Abbinden soll durch das Mischungsverhältnis von praktisch 50 zu 50 erreicht werden, weil sich der Gips beim Abbinden ausdehnt und der Zement schwindet. Als aluminatarmer Zement wird vorzugsweise Portlandzement HS nach DIN 1164 verwendet, welcher einen C3A-Gehalt von < 3% besitzt. Als feinteilige Kieselsäure wird vorzugsweise das Abfallprodukt der Ferro-Silizium-Herstellung (Micro Silica) oder das salzsaure Aufschlussprodukt von Schmelzkammergranulaten verwendet. Die feinteilige Kieselsäure weist einen SiO₂ Anteil auf, der größer als 92% ist. Derartige Zusatzstoffe können die Kosten bei der Herstellung einer Faserplatte erhöhen. Die Herstellung der Faserplatte erfolgt über die Suspension.

Nach der US 8858 083 wird in einem halbtrockenen Verfahren eine Bindemittelmischung unter Verwendung von Beta-Calciumsulfat-Halbhydrat mit einem Zusatz von Flugasche vorgeschlagen, die einen puzzolanischen Zuschlagstoff bildet. Der Mischbinder enthält einen Calziumsulfatzementbinder, der Gips (Calziumsulfat-Hemihydrat), Portlandzement und Silica beinhaltet und für Baumaterialien für Innen und Außen, Hartfaserplatten, Estrich usw. geeignet ist. Es wird eine Bindemittelmischung verwendet, die neben Calziumsulfat Hemihydrat Beta Calziumsulfat Hemihydrat einschließt. Ferner wird Portlandzement und eine Mischung aus Portlandzement und Flugasche, eine Mischung aus Portlandzement und hydrationsfähige Hochofenschlacke oder Mischungen davon verwendet. Ein dritter Bestandteil ist amorphes SiO₂ aus Hochtemperaturprozessen (Silica Fume) oder Reisschalen- Asche. Diese Bestandteile müssen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 0,3 Mikro aufweisen. Ein weiteres Merkmal ist der SiO₂ Gehalt der Silica Komponente, der mehr als 92% betragen soll und der Gehalt an Aluminiumoxid, der kleiner als 0,6% sein soll.

Das Anwendungsgebiet der US 8858 083 erstreckt sich auf Mischbinder für die Herstellung von Baumaterialien mit einem hohen Feuchtigkeitswiderstand, die insbesondere beim Einbau in Bäder und Duschen, Estrich und Umhüllungen von Platten erforderlich sind. Weitere Anwendungsmöglichkeiten des Binders sind Materialien wie z. B. Hartfaserplatten, selbstnivellierende Böden, Straßen und feuerfeste Materialien.

Verwendet werden natürliche Vorkommen von Puzzolanen und künstlich hergestellte Puzzolane, die einen beträchtlichen Prozentsatz amorphen Silica beinhalten. Natürliche Puzzolane sind vulkanischen Ursprunges und schließen Trass, Tonerde, Pumic und Perlite ein. Die künstlichen Puzzolane schließen Flugasche und silikatische Hohlkörper ein, die aus Flugasche hergestellt werden. Die Puzzolane beinhalten einen beträchtlichen Betrag amorpher Silica, das wenig oder keine Zementeigenschaften besitzt. Der Mischbinder wird für die Herstellung von Planen mit Faserbestandteilen eingesetzt. Cellulosefasern bilden einen Hauptbestandteil neben Fasern aus Holz und Papier, einschließlich wiederverwerteter Fasern von Abfallpapier. Andere Materialien sind z. B. Flachs und Baumwolle oder Mischungen solcher Fasern. Darüber hinaus sollen Pflanzenfasern, Glasfasern, Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, Nylonfasern und andere plastische Fasern eingesetzt werden.

Nachteilig ist, daß die Verträglichkeit hydraulischer Zusätze mit Gips von der Zusammensetzung des jeweiligen Zusatzes abhängig ist. Deshalb müssen hohe Anforderungen an die Dosiergenauigkeit und die gleichmäßige Verteilung des Zusatzes in der Mischung gestellt werden. Liegt die Menge eines Zusatzes oberhalb eines gewissen Schwellwertes, werden durch die wässrige Reaktion von Gips und Zement Ionen frei, die Verbindungen bilden und destruktive Vorgänge auslösen können, die sich durch Treiberscheinungen und Festigkeitsminderungen äußern. Die Menge der Zusätze muß daher unter Berücksichtigung des jeweiligen Schwellwertes experimentell bestimmt werden. Außerdem muß die Verarbeitbarkeit durch Verzögerer und Verflüssiger den speziellen Verarbeitungsbedingungen und der Art der Zuschlagstoffe angepaßt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kosten bei der Herstellung von Bauelementen und Faserplatten zu senken, die nach den vorgenannten Verfahren relativ hoch sind. Insbesondere bei der Herstellung von Bauelementen und Faserplatten mit Glasfasern als Bewehrung müssen bisher zusätzliche Aufwendungen für den Korrosionsschutz der Glasfaser getroffen werden, welche die Herstellungskosten weiter erhöhen. Drüber hinaus sollen Spanplatten mit einer höheren Festigkeit hergestellt werden.

Für die Herstellung von Bauelementen und Faserplatten wurde ein Mischbinder gefunden, der aus 40 bis 65 Gewichtsteilen Beta-Calciumsulfat-Halbhydrat, 20-40 Gewichtsteilen aluminatarmen Zement und 5 bis 20 Gewichtsteilen einer mindestens Zementfeinheit aufweisenden silikatischen Komponente besteht, die durch Hüttensand und 1 oder Steinkohlenfilterasche gebildet wird. Dem Mischbinder können bis zu 2 Gewichtsteile Verflüssiger, Verzögerer und/oder Beschleuniger zugegeben werden.

Vorzugsweise wird Beta-Halbhydrat als Rauchgasgips verwendet, da dieser preiswert hergestellt werden kann. Der Rauchgasgips kann somit einer Verwertung zugeführt werden.

Für die Herstellung von Faserplatten wird als aluminatarmer Zement HS Portlandzement verwendet.

Die silikatische Phase in Zementfeinheit weist einen SiO₂ Gehalt von 30% bis 38% auf. Mit der silikatischen Phase in Zementfeinheit ist in dem Mischbinder so viel reaktives SiO₂ vorhanden, daß dies den Gehalt an freiem Calciumhydroxid binden kann, so daß keine sekundäre Ettringitbildung auftreten kann. Der Misehbinder weist einen pH-Wert von ca. 8 auf. Die hauptsächlichen Eigenschaften des Mischbinders liegen in der geringen Alkalität, durch die spezielle Anwendungsgebiete erschlossen werden. Zum Beispiel können aufgrund der geringen Alkalität Faserplatten mit E-Glasfasern oder mit nicht alkalibeständigen Glasfasern hergestellt werden, die wesentlich kostengünstiger als beschichte oder alkalibeständige Glasfasern sind. Bei Glasfaserbeton werden nämlich bisher speziell entwickelte und somit teure alkalibeständige AR-Glasfasern eingesetzt.

Die geringe Alkalität des Mischbinders bedingt weitere Anwendungsgebiete, die dort liegen, wo eine hohe Alkalität des Portlandzement sich negativ auswirken kann. Das sind Verbundwerkstoffe, bei denen durch die Wechselwirkung der Bestandteile negative Auswirkungen auf die Verbundwirkung auftreten. Dazu gehören Glasfaserbeton und zementgebundene Holzwerkstoffe, wie Holzwolle-Leichtbauplatten, Holzbeton, zementgebundene Spanplatten und Faserzementplatten.

Durch die Wechselwirkung zwischen alkalisch reagierendem Zement und Holzspänen bzw. Holzwolle wurde bisher bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen die Verwendung der Holzarten auf spezielle, gegenüber Alkalien weitgehend resistente Holzarten wie Fichte oder Kiefer eingeschränkt. Mit der Verwendung des Mischbinders ergibt sich die Möglichkeit der Erweiterung der Holzartenpalette und damit ihre Auswahl nach den Kosten und nicht nach der Alkalibeständigkeit. Bei Faserzementplatten erfolgt die Faserauswahl ebenfalls nach ihrer Alkalibeständigkeit. Auch hier sind kostengünstige Varianten mit der Verwendung des alkaliarmen Mischbinders möglich.

Die Erfindung und das Verfahren zur Herstellung von Bauelementen und Faserplatten soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Für die Herstellung einer Faserplatte im Trockenverfahren werden Cellulosefasern oder Fasern aus Papier verwendet. Die Fasern werden in einem Mischer, beispielsweise einem Pflugscharmischer mit dem Mischbinder trocken vorgemischt. Das Mischgut wird auf einem Siebband als Vlies aufgestreut und über eine Spritzvorrichtung oberflächlich befeuchtet, um seine Durchfeuchtung beim nachträglichen Aufgießen des Reaktionswassers zu gewährleisten. Das nasse Vlies wird vorverdichtet und in einer Einetagenpresse auf Nenndicke verdichtet. Nach der Entlastung wird die Rohplatte auf Endfeuchte konditioniert.

Über die Trockenstreuung wird nur soviel Wasser dem Misehbinder zugegeben, wie zum Abbinden erforderlich ist. Die Abbindezeiten des Mischbinders liegen unter den Abbindezeiten, welche die einzelnen Rohstoffkomponenten aufweisen. Die hydraulische Phase hat demnach auch eine abbindebeschleunigende Wirkung auf den Gips. Durch das schnellere Abbinden kann die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung der Faserplatten weiter gesteigert werden.

Das mit Zunahme des hydraulischen Anteils im Mischbinder sich verstärkt ausbildende und für die Festigkeitsentwicklung entscheidende Hydrationswärmemaximum liegt außerhalb der Zeitspanne der Plattenformung aber vor der für Gipsfaserplatten technologisch bedingten Trocknung. Um eine Dehydratisierung des Gipses zu vermeiden, wird die Faserplatte nicht atro getrocknet, damit das nach der Plattentrocknung verbleibende Wasser eine Nacherhärtung über die hydraulische Phase ermöglicht. Mit dem Mischbinder können im Vergleich mit Gips Faserplatten mit verbesserter Naßfestigkeit hergestellt werden, die etwa gleiche bzw. kürzere Abbindezeiten aufweisen, die aber in der Trockenfestigkeit und besonders im Erweichungskoeffizient wesentlich günstiger sind.

Beispiel 2

Für die Herstellung einer Spanplatte unter Verwendung von Spänen aus Holz im Naßverfahren wird für die Zugabe eines Verzögerers und eines Beschleunigers das Anmachwasser adäquat geteilt und mit dem Verzögerer und dem Beschleuniger versetzt. Zuerst wird der mit dem Anmachwasser versetzte Beschleuniger auf die in einem Mischer befindlichen Holzspäne gegeben. Anschließend werden die Holzspäne auf die gleiche Weise mit dem Verzögerer vermischt. Die angefeuchteten Holzspäne werden nachfolgend mit dem trockenen Mischbinder gemischt. Fließhilfsmittel und gegebenenfalls Verdicker können dem Misehbinder trocken beigemischt werden. Vorzugsweise wird als Verzögerer Zitronensäure eingesetzt. Die Mischung erfolgt derart, bis die durchfeuchteten Holzspäne mit dem Misehbinder vollkommen ummantelt sind. Dadurch können die wasserfesten Hydratphasen besser ausgebildet werden.

Die Zeitspanne für eine ungestörte Mischbinderverarbeitung kann mit der Einsatzmenge des Verzögerers eingestellt werden. Bei einer kleineren Zusatzmenge von 0,25% liegt sie bei etwa 30 Minuten und erhöht sich bei einer größeren Menge von bis zu 0,5% auf ca. 45 Minuten. Werden diese Zeiten überschritten, läßt sich der Plattenrohling durch die einsetzende Abbindereaktion nicht mehr auf Nenndicke verdichten, was sich in niedrigen Plattenrohdichten beziehungsweise unzureichenden Endfestigkeiten niederschlägt. In der Praxis soll die Zeitspanne zwischen Mischgutherstellung und Plattenverdichtung in der Regel bei 45 Minuten liegen.

Der gleiche Effekt bezüglich der Verschlechterung der Plattenkennwerte ist bei unzureichenden Einspannzeiten zu verzeichnen. Jedoch ist dieser Effekt nicht auf eine gestörte Verdichtung, sondern auf die zu dieser Zeit unzureichende Festigkeit zurückzuführen, welche die durch das Auffedern der Holzspäne entstehenden Spannungen nicht kompensieren kann. Es wurde gefunden, daß Einspannzeiten von ca. 4 Stunden notwendig sind, um diesen Vorgang auszuschließen. Mit dieser Zeit wird die für die Herstellung zementgebundener Spanplatten praktizierte Einspannzeit von 24 Stunden deutlich unterschritten.

Weiter wurde gefunden, daß die herkömmliche bei der Fertigung zementgebundener Spanplatten angewandte Trocknungstemperatur von ca. 70°C bei Trocknung bis zum Darrgewicht zu hoch ist, da die speziellen Reaktionsprodukte des Mischbinders, insbesondere der Gips und der Ettringit, bei dieser Temperatur schon entwässern und somit Festigkeitsverluste auftreten. Um die entsprechende Ausgleichsfeuchte der Platten über eine künstliche Trocknung schneller einzustellen, sollte in Kenntnis der Entwässerungstemperatur für Gips die Trocknungstemperatur 40°C nicht überschreiten beziehungsweise eine Trocknungstemperatur zwischen 40°C bis 70°C in Abhängigkeit von der Trockenzeit gewählt werden, bei der eine vorgegebene Restfeuchte eingehalten wird.

Beispiel 3

Für die Herstellung einer Faserplatte mit Verstärkungsfasern aus Glas wird eine Vormischung hergestellt, die einen trockenen pulverförmigen Mischbinders enthält, der aus 40 bis 65 Gewichtsteilen Beta-Calciumsulfat-Halbhydrat, 20-40 Gewichtsteilen aluminatarmen Zement und 5 bis 20 Gewichtsteilen Hüttensand in Zementfeinheit besteht. Dem Mischbinder wird eine Fasermasse aus geschnittenen Glasfaserabschnitten zugegeben, die aus einem Glasfaserbündel aus E-Glas oder aus nicht alkalibeständigen Glasfasern hergestellt werden. Der Mischbinder mit den Glasfasern wird trocken intensiv vermischt und im weiteren Verlauf des Mischens mit Anmachwasser versetzt. Die feuchte Mischung wird zu Platten, Quadern oder Formteilen ausgeformt. Das Ausformen kann sowohl durch Herstellen von Premix- Mischungen als auch im Spritzverfabren durchgeführt werden.

Eine andere Möglichkeit bei der Verarbeitung von Produkten der Rauchgasentschwefelung besteht darin, daß man eine feuchte, aus 20-40 Gewichtsteilen aluminatarmen Zement und 5 bis 20 Gewichtsteilen Hüttensand bestehende Masse unter Zugabe von 40 bis 60 Gewichtsteilen trockenem Gipspulver oder feuchter Gipsmasse vermischt. Diese Art der Herstellung erfordert die Zugabe eines Verzögerers, vorzugsweise in Form von Zitronensäure. Um vorzeitiges Abbinden von Gips zu vermeiden ist es erforderlich, diesen als letztes in der Mischung einzubringen, weil er nur dann mit den anderen Mischkomponenten in Reaktion treten kann. Die Glasfaser wird in ungefähr 5 mm Stücke geschnitten und mit dem Misehbinder zusammen mit dem Anmachwasser gemischt, bis eine breiige Substanz zum Ausformen entstanden ist.

Claims (10)

1. Bauelemente zum Errichten von Gebäudeteilen und Bauelemente von relativ dünner Form wie Faserplatten mit Fasern aus Cellulose, Papier, Holz oder Glas sowie Holzspanplatten mit einem gipshaltigen Mischbinder, dadurch gekennzeichnet, daß der Misehbinder aus 40 bis 65 Gewichtsteilen Beta-Calciumsulfat-Halbhydrat, 20-40 Gewichtsteilen aluminatarmen Zement und 5 bis 20 Gewichtsteilen einer mindestens Zementfeinheit aufweisenden silikatischen Komponente besteht, die durch Hüttensand und/oder Steinkohlenfilterasche gebildet wird, wobei der Hüttensand einen SiO₂ Anteil von 30% bis 38% aufweist.

2. Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbinder 0,1 bis 0,5 Gewichtsteile Verzögerer enthält.

3. Bauelemente nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente nicht alkalibeständige Glasfasern enthalten.

4. Verfahren zur Herstellung von Bauelementen von relativ dünner Form nach Anspruch 1 im Trockenverfahren, wobei Fasern mit einem Mischbinder vermischt und unter Zusatz von gegebenenfalls Zusatzstoffen geformt und verdichtet werden bis der Mischbinder abbindet, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern in einem Mischer mit dem Mischbinder trocken vorgemischt und die trockene Vormischung auf ein Siebband aufgestreut und über eine Spritzvorrichtung oberflächlich befeuchtet wird, wobei gegebenenfalls nach dem Auflegen einer zweiten Schicht Reaktionswassers zugegeben wird und das Vlies in eine Presse zum Verdichten auf Nenndicke eingebracht wird.

5. Verfahren zur Herstellung von Bauelementen nach Anspruch 2 im Naßverfahren, wobei Fasern mit einem Mischbinder vermischt und unter Zusatz von gegebenenfalls Zusatzstoffen zu einer Faserplatte verformt und verdichtet werden bis der Mischbinder abbindet, dadurch gekennzeichnet, daß trockene Fasern oder Holzspäne in einem Mischer mit dem mit Verzögerer und dem Beschleuniger versetzten Anmachwasser vermischt und befeuchtet werden, wobei die durchfeuchteten Fasern oder Holzspäne mit dem trockenen Mischbinder vollkommen ummantelt, geformt sowie anschließend verdichtet und innerhalb einer vorgeschriebenen Einspannzeit erhärten und dann getrocknet werden.

6. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzmenge des Verzögerers derart gewählt ist, daß die Zeitspanne für die Mischbinderverarbeitung höchstens 45 bis 50 Minuten beträgt.

7. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach Anspruch 5-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannzeit mindestens 4 Stunden und höchstens 6 Stunden beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach Anspruch 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungstemperatur kleiner als 40°C ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach Anspruch 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Trocknungstemperatur zwischen 40°C und 70°C auf eine vorgegebene Restfeuchte getrocknet wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach Anspruch 5-9 im Naßverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß derart getrocknet wird, daß mit der verbleibenden Restfeuchte eine mit dem zweiten Wärmemaximum verbundene Nacherhärtung über die hydraulische Phase nach der Plattentrocknung durchgeführt wird.