DE19855019A1

DE19855019A1 - Kaolinhaltiger Formkörper

Info

Publication number: DE19855019A1
Application number: DE1998155019
Authority: DE
Inventors: Konrad Schaefer
Original assignee: REC WERKSTOFFE GmbH
Current assignee: REC WERKSTOFFE GmbH
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft kaolinhaltige Formkörper als Baumaterial für Wege, Fassaden, Fußböden und andere Anwendungsbereiche. Erfindungsaufgabe ist die Bereitstellung eines neuen Formkörpers, der nach dem Aushärten unter Einbeziehung von Metakaolin eine anorganische Gerüststruktur ausbildet und dabei sehr dicht ist und nur eine geringe Wasseraufnahmefähigkeit hat. Der Formkörper enthält 5-18 Gew.-% Wasserglas, 3-13 Gew.-% Metakaolin und 92-69 Gew.-% Füllstoffe der Gruppe SiO¶2¶, CaO, Al¶2¶O¶3¶, Glasstaub, Glasmehl, Glimmer, Talkum und Gemische davon, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, und ist hergestellt durch Vermischen der Einzelkomponenten mit Rührelementen unter Einwirkung einer Zentrifugalkraft, um eine Verdichtung des Gemisches zu erreichen, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rührelemente im Bereich von 150 bis 1000 U/min liegt bei einer Verweilzeit von 20 bis 90 Sekunden, die Formgebung erfolgt und der Formkörper bei einer Temperatur von 20 bis 140 DEG C gehärtet und getrocknet wird.

Description

Die Erfindung betrifft kaolinhaltige Formkörper als Bau material für Wege, Fassaden, Fußböden und andere Anwendungsbe reiche.

Aus der DE 32 29 339 C2 und dem Zusatzpatent DE 33 03 409 C2 sind aushärtbare Mischungen für Fundamente bekannt, die neben Caliumsilicatlösungen, SiO₂/Al₂O₃-Gemischen und Kieselsäure auch 15 bis 35 Gew.-% Metakaolin enthalten.

Die EP 148280 beschreibt wasserhaltige härtbare Formmas sen aus Alkalisilicaten, SiO₂/Al₂O₃-Gemischen und Kieselsäure, bei denen ein Metakaolingehalt ausdrücklich vermieden wird.

Die EP 495336-B offenbart die Verwendung einer Dübelmasse aus SiO₂ oder SiO₂/Al₂O₃, Aluminiumsilicaten, Härtern wie z. B. Wasserglas und wärmefreisetzenden Härtungsbeschleunigern.

Erfindungsaufgabe ist die Bereitstellung eines neuen Formkörpers, der nach dem Aushärten unter Einbeziehung von Metakaolin eine anorganische Gerüststruktur ausbildet und dabei sehr dicht ist und nur eine geringe Wasseraufnahmefähig keit hat.

Erfindungsgemäß ist der kaolinhaltige Formkörper dadurch gekennzeichnet, daß er vor dem Trocknen einen Gehalt von
5-18 Gew.-% Wasserglas,
3-13 Gew.-% Metakaolin und
92-69 Gew.-% Füllstoffe der Gruppe SiO₂, CaO, Al₂O₃, Glas staub, Glasmehl, Glimmer, Talkum und Gemische davon aufweist, wobei die Gehalte auf die Gesamtzusammensetzung bezogen sind, und daß er hergestellt ist durch Vermischen der Einzelkompo nenten mit Rührelementen unter Einwirkung einer Zentrifugal kraft, um eine Verdichtung des Gemisches zu erreichen, wobei
die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rührelemente im Bereich von 150 bis 1000 U/min liegt bei einer Verweilzeit von 20 bis 90 Sekunden,
die Masse geformt oder ungeformt entnommen, und
die gegebenenfalls erforderliche Formgebung unter Rütteln oder Pressen oder Rütteln und Pressen erfolgt, und
der Formkörper bei einer Temperatur von 20 bis 140°C gehärtet und getrocknet wird.

Vorteilhaft ist der Einsatz von Kali-Wasserglas, das ein Molverhältnis SiO₂/K₂O im Bereich von 1,1 bis 1,7 : 1, vorzugs weise 1,1 bis 1,3 : 1 hat.

Metakaolin ist ein unterschiedlich reaktionsfähiges Alu miniumsilikat, das durch Brennen von im wesentlichen kaoli nithaltigem Ton als Wasser freies Material der Zusammensetzung Al₂O₃.2 SiO₂ erhalten wird.

Ein bevorzugter Anteil von Metakaolin liegt im Bereich von 4 bis 10 Gew.-%.

Als Metakaolin wird vorteilhaft ein Produkt eingesetzt, das durch den Calcinierungsprozeß vom Kaolin zum Metakaolin im hohen Maße reaktionsfähige Bestandteile enthält.

Ein weiterer bevorzugter Füllstoff ist Quarzsand, der in gleichen oder unterschiedlichen Korngrößen von feinen Stäuben mit Korngrößen von 0-63 µm bis zur Körnung 3,5 mm eingesetzt werden kann. Der Quarzanteil kann bis 92 Gew.-%, bevorzugt bis 70% der Gesamtmasse des Formkörpers vor dem Trocknen betra gen.

Zum Erreichen einer dichten Packung der Füllstoffkompo nenten ist es vorteilhaft, unterschiedliche Kornfraktionen im Gemisch in bestimmten Verhältnissen untereinander einzusetzen. Die genauen Anteile davon kann der Fachmann ermitteln. Beson ders vorteilhaft ist es, wenn die Anteile der Körnungen 0-63 µm : 0,1-0,3 mm : 0,3-0,8 mm : 1-1,8 mm im Bereich von 1 : 1,3-1,8 : 1,4-2,0 : 1,6-2,2 : 1,8-2,4 liegen.

Ein weiterer bevorzugter Füllstoff ist ein Gemisch von SiO₂ und Al₂O₃ mit unterschiedlichen Gehalten beider Komponen ten im Bereich von 1 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise 1 : 1 bis 2 : 1.

Ein solcher Füllstoff kann auch noch weitere Oxide wie MgO, CaO, TiO₂ und Schwermetalloxide in Mengen von jeweils unter 10 Gew.-% enthalten. Derartige Gemische können bevorzugt auch mit Quarzsanden verarbeitet werden, wobei wenigstens 10% des SiO₂/Al₂O₃-Gemisches und bis zu 70 Gew.-% Quarzsande, bezogen auf den Füllstoffanteil, enthalten sein können.

Es wurde gefunden, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Mischvorgang entsprechend der Wahl der Umdrehungsgeschwindigkeit der Rührelemente und der Verweilzeit unter Einwirkung eines Zentrifugalkraft durch Auswahl der Form und Anzahl der Rührelemente zu einer besonderen Verdichtung der Formmasse führt. Dabei bilden stabförmige und U-förmige Rührelemente, vorzugsweise an einer gemeinsamen Welle, in unterschiedlicher Reihenfolge, so daß bei einem Horizontalmi scher ein bestimmter Vorschub des Gemisches erreicht wird, eine vom Fachmann durch wenige Versuche für seinen speziellen Zweck zu ermittelnde Mischeinrichtung.

Die Umdrehung der Welle liegt vorzugsweise bei 150 bis 500 U/Min., und die Verweilzeit bei 20 bis 60 Sekunden. Die nachfolgende Härtung erfolgt bei einer Härtungstemperatur von vorteilhaft 80 bis 120°C, vorzugsweise 80-100°C. Dabei setzt sich der Härtungsvorgang aus der eigentlichen Härtung und einer Nachtrocknung zur Entfernung der Restfeuchte zusammen. Letztere kann auch bei Temperaturen im Bereich von Raumtempe ratur bis etwa 80°C erfolgen.

Man erhält damit Produkte, die im Trockenzustand eine Wasseraufnahme von weniger als 8%, vorzugsweise weniger als 5%, besonders bevorzugt weniger als 3% zeigen. Die Wasser aufnahme wird gemessen durch 24-stündige Lagerung eines zuvor bis zur Gewichtskonstanz bei Raumbedingungen (20°C, 50% rel. Feuchtigkeit) getrockneten Probekörpers.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Reihenfolge der Zugabe der Einzelkomponenten nicht zwingend. Ausgehend von einem Trockengemisch, kann Wasserglas dazu dosiert werden. Es kann auch von einer Naßmischung Wasserglas und Metakaolin ausgegangen werden, und die weiteren Füllstoffe werden zuge setzt.

Überraschend treten bei den erfindungsgemäßen Formkörpern beim Herstellungsprozeß die in der EP 148280 geschilderten Nachteile des Metakaolins nicht auf, d. h. eine Reifezeit ist nicht erforderlich, und die Reihenfolge der Zugabe ist eben falls nicht zwingend. Weiterhin werden auf Basis der Grundkom ponenten durch das spezielle Herstellungsverfahren sehr dichte Formkörper erhalten, die nach dem Trocknen auch bei höherer Temperatur (bis 120°C) keine festigkeitsvermindernden Risse oder Mikrorisse zeigen und eine sehr glatte bis strukturierte Oberfläche aufweisen.

Generell zeigen die erfindungsgemäßen Formkörper ausge zeichnete feuerhemmende Eigenschaften, die eine Einordnung in die Brandschutzklasse A1 ermöglicht.

Sehr dichte Formkörper mit Dichten von 1,5 bis 2,8 g/cm³ erhält man mit Füllstoffen wie Quarzsanden und Al₂O₃/SiO₂-Gemi schen, wobei diese Formkörper dann sehr niedrige Wasserauf nahme von kleiner als 5%, vorzugsweise kleiner als 3% auf weisen. Dies ist ein besonderer Vorteil, der einen Einsatz dem Formkörper auch im Außenbereich unter ständigem Feuchtigkeits einfluß zuläßt.

Die erfindungsgemäßen Formkörper sind besonders dimen sionsstabil, d. h. sie zeigen einen sehr geringen Schwund nach dem Ausformen. Man erreicht darüber hinaus Härten im Bereich bis zu 9 nach Mohs (DIN 18 500), vorzugsweise 8-9.

Ein durch den Metakaolinanteil begünstigter Vorteil ist die Möglichkeit der weißen Einfärbung der erfindungsgemäßen Formkörper, die auf Basis der hellen Grundbestandteile schon von Natur aus eine helle Erscheinungsform zeigen. Bereits geringe Zusätze an z. B. TiO₂ führen zu weißen Formkörpern, die vom architektonischen Standpunkt bevorzugt sind. Diese Farbe ist dauerhaft auch bei Nässeeinwirkung. Eine Einfärbung in andere Farben kann problemlos erreicht werden.

Beispielsweise können auch weiße Bodenplatten als Form körper hergestellt werden, die an der Oberfläche eine Rillen struktur aufweisen. Derartige Bodenplatten sind besonders bevorzugt.

Für die erfindungsgemäßen Formkörper werden im allgemei nen Biegezugfestigkeiten von 10 bis 18 N/mm² (nach DIN 485) gemessen.

Man erhält somit insgesamt mit dem erfindungsgemäßen Formkörper einen Baustoff, der überraschenderweise nicht nur ausgezeichnete Festigkeiten, Härten und geringe Wasseraufnah men hat, sondern auch flammwidrig und insbesondere äußerst dimensionsstabil ist und der eine sehr helle, bei TiO₂-Zusatz durchgehend weiße Farbe hat. Ein solcher Baustoff ist mit der Gesamtheit dieser Eigenschaften bisher nicht vorbeschrieben, noch waren diese Eigenschaften aus der Kombination bekannter Komponenten für den Fachmann herleitbar.

Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1

In einem Homogenisator wurde ein trockenes Gemisch herge stellt aus
5,1 kg Metakaolin
1,0 kg TiO₂
14,5 kg Quarzmehl 0-63 µm
20,5 kg Quarz 0,1-0,3 mm
23,0 kg Quarz 0,3-0,8 mm
27,0 kg Quarz 1-1,8 mm.

Zu dem trockenen Gemisch wurde in einer horizontalen Mischeinrichtung mit Vorschub kontinuierlich Kali-Wasserglas dosiert (insgesamt ca. 8,7 kg) (Molverhältnis SiO₂/K₂O = 1,2) und das Gemisch bei ca. 500 U/Min. und einer Verweilzeit in der Mischeinrichtung von 60 Sek. behandelt. Die erhaltenen breiige Masse mit nur wenig Restfeuchte wurde in Formen ver teilt, gerüttelt und zu plattenförmigen Formkörpern gepreßt. Nach einer Aushärtzeit von 60 Min. bei 80 bis 90°C betrug die Dichte 2,25 g/cm³. Man erhielt einen hellgrauen bis weißen Formkörper mit einer quarzähnlichen Härte.

Beispiel 2

In einem Homogenisator wurde ein trockenes Gemisch herge stellt aus
6,5 kg Metakaolin
12,2 kg Quarzmehl 0-63 µm
17,2 kg Quarz 0,1-0,3 mm
19,4 kg Quarz 0,3-0,8 mm
23,0 kg Quarz 1-1,8 mm
4,3 kg SiO₂/Al₂O₃ (Verhältnis 2,8 : 1).

Zu dem trockenen Gemisch wurde in einer horizontalen Mischeinrichtung mit Vorschub kontinuierlich Kali-Wasserglas dosiert (insgesamt ca. 17,3 kg) (Molverhältnis SiO₂/K₂O = 1,5) und das Gemisch bei ca. 500 U/Min. und einer Verweilzeit in der Mischeinrichtung von 60 Sek. behandelt. Das erhaltenen fließfähige Gemisch wurde in Formen verteilt, gerüttelt und zu plattenförmigen Formkörpern gepreßt.

Nach einer Aushärtzeit von 45 Min. bei 85 bis 90°C be trug die Dichte 2,3 g/cm³. Man erhielt einen hellgrauen Form körper mit einer quarzähnlichen Härte.

Claims

1. Kaolinhaltiger Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er vor dem Trocknen einen Gehalt von
5-18 Gew.-% Wasserglas,
3-13 Gew.-% Metakaolin und
92-69 Gew.-% Füllstoffe der Gruppe SiO₂, CaO, Al₂O₃, Glasstaub, Glasmehl, Glimmer, Talkum und Gemische davon aufweist, wobei die Gehalte auf die Gesamtzusammensetzung bezogen sind, und daß er hergestellt ist durch Vermischen der Einzelkompo nenten mit Rührelementen unter Einwirkung einer Zentrifugal kraft, um eine Verdichtung des Gemisches zu erreichen, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rührelemente im Bereich von 150 bis 1000 U/min liegt bei einer Verweilzeit von 20 bis 90 Sekunden, die Masse geformt oder ungeformt entnommen, und die gegebenenfalls erforderliche Formgebung unter Rütteln oder Pressen oder Rütteln und Pressen erfolgt, und der Formkörper bei einer Temperatur von 20 bis 140 °C gehärtet und getrocknet wird.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserglas Kali-Wasserglas ist.

3. Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserglas ein Molverhältnis SiO₂ : K₂O im Bereich von 1,1 bis 1,7 : 1 hat.

4. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Metakaolin im Bereich von 4 bis 10 Gew.-% liegt.

5. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Füllstoff ein Gemisch von SiO₂ und Al₂O₃ mit einem Verhält nis SiO₂/Al₂O₃ von 1 : 1 bis 5 : 1 enthält.

6. Formkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er als Füllstoff ein Gemisch von SiO₂ und Al₂O₃ mit einem Verhält nis SiO₂/Al₂O₃ von 1 : 1 bis 2 : 1 enthält.

7. Formkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß er als Füllstoff ein Gemisch von Al₂O₃ und SiO₂ mit einem Anteil von wenigstens 10 Gew.-% und zusätzlich Quarzsande bis zu 70 Gew.-% enthält, bezogen auf die Gesamtmasse des Formkör pers.

8. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Quarz unterschiedlicher Körnung enthält und ein SiO₂/Al₂O₃- Gemisch, das gegebenenfalls weitere Oxide enthält, und nach dem Trocknen einen Formkörper mit einer Wasseraufnahme von weniger als 5% bildet.

9. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Quarz unterschiedlicher Körnung enthält und nach dem Trocknen einen Formkörper mit einer Wasseraufnahme von weniger als 3% bildet.

10. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß er Quarz unterschiedlicher Körnung enthält, wobei die Anteile der Körnungen 0-63 µm : 0,1-0,3 mm : 0,3-0,8 mm : 1-1,8 mm im Bereich von 1 : 1,3-1,8 : 1,4-2,0 : 1,6-2,2 : 1,8-2,4 liegen.

11. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtungstemperatur bei 80 bis 120°C liegt.

12. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er hergestellt ist durch Vermischen in einem zylindrischen Behäl ter mit auf einer Welle angeordneten, unterschiedlich geform ten Rührelementen bei Umdrehungsgeschwindigkeiten von 150 bis 500 U/Min.

13. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß er eine Dichte von 2,3 bis 2,8 g/cm³, eine Wasseraufnahme von ≦ 3%, eine Härte nach Mohs von 7 bis 9 und eine Biegezugfestigkeit von 10-18 N/mm² hat.