DE19982979C2 - Gehärtetes Calciumsilicat-Material mit hoher Festigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Gehärtetes Calciumsilicat-Material mit hoher Festigkeit und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein gehärtetes Calciumsilicat-Ma
terial, das niedriges Gewicht und hohe Festigkeit sowie hohe
Beständigkeit besitzt und ein Verfahren zur Herstellung die
ses Materials.
Durch die kürzliche Nachfrage nach Gebäuden mit geringem
Gewicht werden nicht brennbare und leichte Baumaterialien ge
fordert. Als derartige Baumaterialien werden allgemein im
Autoklaven behandelte leichte Zemente bzw. Betone (ALCs) und
faserverstärkte Calciumsilikat-Platten eingesetzt. Autokla
ven-behandelter leichter Beton wird unter Verwendung von Ze
ment und pulverförmigem Siliciumdioxid als Hauptmaterialien,
gegebenenfalls zusammen mit pulverförmigem gebranntem Kalk,
Gips etc., Zugabe von Wasser unter Bildung einer Aufschläm
mung, Formen der Aufschlämmung in einer Schalung und an
schließende Härtung in einem Autoklaven hergestellt. Wegen
ihres leichten Gewichtes (d. h. eine relative Dichte von etwa
0,5 bis 0,6) und ihres großen Anteils an Tober
morit (5CaO.6SiO2.5H2O) mit hoher Kristallinität haben diese
autoklavenbehandelten leichten Zemente ausgezeichnete Lang
zeit-Bewitterungsfestigkeit. Sie werden daher in weitem Um
fang als Material für Außenwände, Fußbodenmaterialien und
Materialien für Innenwände in Gebäuden eingesetzt.
Die Druckfestigkeit dieser autoklavenbehandelten leich
ten Zemente liegt im Bereich von 4 bis 5 MPa/cm2 (40 bis 50 kp/cm2).
Andererseits haben diese Materialien eine niedere Biegefestigkeit,
die einen wichtigen physikalischen Faktor für ein
Plattenmaterial darstellt, von etwa 1 MPa (10 kp/cm2). Daher
werden in autoklavenbehandelten leichten Zementen bzw.
Betonen Stahlstäbe zur Verstärkung vorgesehen, um so die
Beständigkeit der Gestalt zu sichern. Die Notwendigkeit,
Stahlstäbe vorzusehen, beschränkt die Herstellung von auto
klavenbehandelten leichten Zementen in mehrerer Hinsicht. Ein
solcher Gegenstand sollte nämlich eine Dicke von mindestens
50 mm haben, was in der Praxis eine Erhöhung des Gewichts pro
Flächeneinheit verursacht. Eine weitere auftretende Schwie
rigkeit besteht darin, dass Erzeugnisse mit komplizierter
Gestalt kaum hergestellt werden können. Außerdem enthalten
autoklavenbehandelte leichte Zemente bzw. Betone eine große
Anzahl von Blasen mit einem Durchmesser von etwa 1 mm, wo
durch als weitere ernste Schwierigkeit die Eigenschaft verur
sacht wird, dass sie spröde sind und schlechte Verarbeitbar
keit (beispielsweise Glätte der Oberfläche und Sägeeigen
schaften) besitzen.
Es wurden daher Versuche gemacht, die Festigkeit von
autoklavenbehandelten leichten Zementen beispielsweise durch
Regeln der Verteilung der Blasengröße, Erhöhung des Anteils
an geschlossenen Zellen oder Erhöhen der Kristallinität des
Tobermorits, zu verbessern. Jedoch hat bisher keine dieser
Bemühungen ausreichende Ergebnisse gebracht. In der JP-A-7-
101787 ist außerdem eine Methode ALC, ein leichtes Gewicht zu
verleihen, ohne dass auf Blasen zurückgegriffen wird, be
schrieben. Berichtet wird auch über ein Baumaterial mit einer
Druckfestigkeit von mehr als 20 MPa (200 kp/cm2). (Die hier
benutzte Bezeichnung "JP-A" bedeutet "nicht geprüfte veröf
fentlichte japanische Patentanmeldung".
Diese Methode führt jedoch zu einer spezifischen Dichte von
0,7 als niedrigsten Wert, was für leichte Baumaterialien immer
noch unzureichend ist.
Andererseits werden faserverstärkte Calciumsilicat-Plat
ten hergestellte, indem kristallines oder amorphes Silikat mit
Kalk umgesetzt und danach zusammen mit Verstärkungsfasern in
einem Autoklaven gehärtet wird. Die Anwendungsgebiete dieser
faserverstärkten Calciumsilikat-Platten lassen sich grob in
Wärmeisoliermaterialien mit einer spezifischen Dichte von 0,3
oder weniger, feuerbeständige Überzugsmaterialien mit einer
spezifischen Dichte von 0,3 bis 0,4 und feuerbeständige Bau
materialien mit einer spezifischen Dichte von 0,6 bis 1,2
unterteilen. Zum Formen wird im Fall einer spezifischen
Dichte von 0,4 oder weniger die Filterpressenmethode
angewendet, während im Fall einer spezifischen Dichte von 0,6
oder mehr die Methode der maschinellen Bearbeitung angewendet
wird. Die Härtungsreaktion wird in jedem Fall mit Hilfe eines
Autoklaven durchgeführt. Die gehärteten Materialien enthalten
als Hauptkomponenten Tobermorit, Xonotlit, Calciumsilikat-
Hydrat niederer Kristallinität (Tobermorit-Gel oder CSH-Gel,
nachstehend einfach als CSH bezeichnet) und dergleichen,
zusätzlich zu den Fasern.
Weil sie einen großen Anteil an Fasern (5 bis 20 Gew.-%)
enthalten, zeigen dieser faserverstärkten Calciumsilikat-
Platten ausgezeichnete Biegefestigkeit und Zähigkeit und
haben gute Verarbeitbarkeit. Sie besitzen jedoch hohes
Wasserabsorptionsvermögen und eine hohe Schrumpfungsrate beim
Trocknen, wodurch sie schlechte Dimensionsgenauigkeit zeigen.
Sie leiden unter weiteren Schwierigkeiten, wie großer Staub
bildung, zeigen häufig Fehler und Flecken wegen der geringen
Oberflächenhärte usw. Darüber hinaus haben faserverstärkte
Calciumsilikat-Platten, die CSH als Hauptkomponente enthal
ten, schlechte Bewitterungsfestigkeit und Dauerhaftigkeit. Da
wegen dieser Probleme die Anwendung von faserverstärkten
Calciumsilikat-Platten als Außenbaumaterialien beschränkt
sind, werden sie hauptsächlich als Baumaterialien für das
Innere von Gebäuden eingesetzt. Beispielsweise offenbart das
japanische Patent Nr. 2514734 eine Technik für ein geformtes
Calciumsilikat-Material, das aus Tobermorit, CSH, Quarz und
Verstärkungsfasern besteht und berichtet über ein Baumaterial
mit einer spezifischen Dichte von 0,55 und einer Biegefestig
keit von 10 MPa (100 kp/cm2) oder mehr. Bei dieser Methode
werden ein Silikatmaterial und ein Kalk enthaltendes Material
bei einer Temperatur von 50°C oder darunter in Kontakt
gebracht, um dadurch den Tobermorit-Gehalt in dem Formkörper
zu erhöhen. Der mit Hilfe dieser Methode erzeugte Tobermorit
in dem Calciumsilikat-Formkörper hat jedoch sehr niedere
Kristallinität im Vergleich mit Tobermorit, der allgemein in
autoklavenbehandelten leichten Zementen vorkommt. Der
Calciumsilikat-Formkörper hat daher nur unzureichende Bewit
terungfestigkeit, speziell Beständigkeit gegen Neutralisation
durch Kohlendioxid in der Atmosphäre, was ihn ungeeignet als
Material für den Außenbau macht.
Ziel der Erfindung ist es, ein gehärtetes Calcium
silikat-Material zur Verfügung zu stellen, das leichtes Ge
wicht hat (d. h. das eine Rohdichte von 0,2 oder mehr, jedoch
weniger als 0,7 hat), jedoch die für Baumaterialien geeignete
Festigkeit besitzt, ohne dass auf Verstärkungen, wie
Stahlstäbe, zurückgegriffen werden muß, welches Langzeit-Be
ständigkeit aufgrund seiner hohen Kristallinität und ausge
zeichnete Bearbeitbarkeit, wie hohe Oberflächenglätte und
ausgezeichnete Sägeeigenschaften, besitzt.
Die Erfinder berücksichtigten das CaO/SiO2-Verhältnis im
frühen Stadium der Reaktion der Ausgangsmaterialien und
nahmen intensive Untersuchungen vor, wobei sie die Erfindung
konzipierten.
Die Erfindung bezieht sich demnach auf die folgenden
Gegenstände.
- 1. Ein gehärtetes Calciumsilikat-Material, das durch den Zusammenhang Ib/Ia < 3 gekennzeichnet ist (worin Ib die Intensität des Beugungspeaks der Tobermorit (220)-Ebene bei Röntgen-Pulverbeugungsspektrometrie und Ia die Mindest-Beu gungsintensität im Winkelbereich zwischen zwei Beugungspeaks in den Tobermorit (220) und (222)-Ebenen bedeutet), das eine Rohdichte von 0,2 oder mehr, jedoch weniger als 0,7 hat und im wesentlichen frei von Blasen mit einem größten Durchmesser von mehr als 200 µm ist.
- 2. Das im obigen Abschnitt (1) beschriebene gehärtete Calciumsilikat-Material, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die durch die Stickstoff-Adsorptionsmethode gemessene spezi fische Oberfläche 60 m2/g oder weniger beträgt.
- 3. Das gehärtete Calciumsilikat-Material gemäß den vorstehenden Abschnitten (1) oder (2), das dadurch gekenn zeichnet ist, dass unter den bei der Röntgen-Pulverbeugungs analyse beobachteten Beugungspeaks des Tobermorits das Ver hältnis der Beugungspeak-Intensität I(002) der Ebene (002) zu der Beugungspeak-Intensität I(220) der Ebene (220), d. h. I(002)/I(220) 0,22 oder mehr ist.
- 4. Das gehärtete Calciumsilikat-Material, das in einem der obigen Abschnitte (1) bis (3) beschrieben ist, das da durch gekennzeichnet ist, dass unter den durch Quecksilber- Porosimetrie gemessenen Poren der Anteil von Poren mit einer Porengröße von 1,0 µm oder mehr 1 Vol.-% bis 15 Vol.-% (einschließlich) beträgt.
- 5. Ein Verfahren zur Herstellung des gehärteten Calciumsilikat-Materialiens gemäß einem der vorstehenden Abschnitte (1) bis (4), dadurch gekennzeichnet, dass im Zustand einer Aufschlämmung ein Primärmaterial, welches durch Vermischen eines Silikat-Materials, eines Kalk-Materials und Wasser als Hauptkomponenten bei 40°C oder darüber in der Weise, dass ein Molverhältnis CaO/SiO2 von 1,2 bis 2,5 gebil det wird, erhalten wurde, und ein Sekundärmaterial, welches mindestens eines von einem Silikat-Material und einem Kalk- Material oder mindestens eines von einem Silikat-Material und einem Kalk-Material zusammen mit Wasser als Hauptkomponenten enthält, vermischt werden, so dass nach dem Mischen ein Mol verhältnis CaO/SiO2 von 0,6 bis 1,5, ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu dem Gesamtgewicht der Feststoffe von 1,0 bis 5,0 und ein Gehalt an amorphem Silikat in den Silikat- Materialien von weniger als 20 Gew.-% erreicht wird, ver mischt werden, die erhaltene Aufschlämmung bei 40°C oder darüber vorgehärtet wird und dann in einem Autoklaven bei 160°C oder darüber gehärtet wird.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass ein ge
härtetes Calciumsilikat-Material mit niederer Rohdichte ohne
Verwendung irgendwelcher Schaumbildner erhalten werden kann,
indem ein Primärmaterial, welches durch Vermischen und,
Umsetzen eines Silikat-Materials, eines Kalk-Materials und
von Wasser als Hauptkomponenten unter Ausbildung eines
CaO/SiO2-Verhältnisses innerhalb eines bestimmten Bereiches
erhalten Wird, und ein Sekundärmaterial, das aus der gleichen
Materialspezies ausgewählt wird, unter bestimmten Bedingungen
vermischt und dann umgesetzt werden. Es wurde gefunden, dass
ein solches gehärtetes Calciumsilikat-Material einen großen
Anteil an hochkristallinem Tobermorit enthält und eine Mikro
struktur hat, die sich von denen der konventionellen Produkte
unterscheiden.
Die Erfindung beruht außerdem auf der Feststellung, dass
dieses gehärtete Calciumsilikat-Material eine Festigkeit
hat, die um einige Male höher als die der konventionellen
autoklavenbehandelten leichten Zemente ist, während ihre hohe
Lebensdauer beibehalten wird, da sie eine stark verbesserte
Widerstandsfähigkeit gegen Ausbrechen, einen der Nachteile
der üblichen autoklavenbehandelten leichten Zemente, und gute
Verarbeitbarkeit besitzen und dass dieses gehärtete Calcium
silikat-Material außerdem im Hinblick auf Druckfestigkeit
und Beständigkeit den konventionellen faserverstärkten
Calciumsilikat-Platten überlegen ist.
Fig. 1A verdeutlicht die Berechnung von Ia und Ib bei
der Röntgen-Pulverbeugungsspektrometrie des mit Hilfe des
Verfahrens gemäß Beispiel 1 hergestellten gehärteten Calcium
silikat-Materials.
Fig. 1B verdeutlicht die Berechnung von Ia und Ib in dem
Röntgen-Pulverbeugungsspektrum des mit Hilfe des Verfahrens
gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellten gehärteten Calcium
silikat-Materials.
Fig. 2 zeigt, wie bei der Röntgen-Pulverbeugungs
spektrometrie gemäß Beispiel 1 I(002) und I(220) zu berechnen
ist.
Fig. 3A ist eine Scanning-elektronenmikroskopische Auf
nahme gemäß Beispiel 1.
Fig. 3B ist eine Scanning-elektronenmikroskopische Auf
nahme gemäß Vergleichsbeispiel 1.
Fig. 4A ist ein Röntgen-Pulverbeugungsmuster gemäß Bei
spiel 1.
Fig. 4B ist ein Röntgen-Pulverbeugungsmuster von Ver
gleichsbeispiel 1.
Fig. 5 zeigt die Porengrößenverteilungskurven für Bei
spiel 1 und Vergleichsbeispiel 2, die durch Quecksilber-Poro
simetrie gemessen wurden. Darin zeigt die ausgezogene Kurve
die Daten von Beispiel 1, während die gestrichelte Kurve die
Daten von Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher beschrie
ben.
Es ist bevorzugt, dass das erfindungsgemäße gehärtete
Calciumsilikat-Material Tobermorit als Hauptkomponente ent
hält. Tobermorit, welches eines der typischen Calciumsilikat-
Hydrate ist, die normalerweise in autoklavenbehandeltem
leichtem Zement bzw. Beton (ALC) und dergleichen vorkommen,
liegt in Form von platten- oder streifeziförmigen Teilchen
vor. Durch Beobachtung einer Schnittfläche eines gehärteten
Calciumsilikat-Materials mit Hilfe eines Scanning-Elek
tronenmikroskops und durch Röntgen-Pulverbeugungsspektro
metrie kann beurteilt werden, ob Tobermorit als Hauptkom
ponente vorliegt. d. h., im Röntgen-Pulverbeugungsspektrum
wird kein anderer Beugungspeak beobachtet, welcher den (220)-
Peak von Tobermorit überschreitet. In Fällen, in denen eine
geringe Menge an hochkristallinen Substanzen (Oxide, wie
kristallines Siliciumdioxid, Sulfate oder Carbonate, wie
Gips-Dihydrat und Gips-Anhydrid) zusammen mit Tobermorit
vorliegt, wird manchmal beobachtet, dass die intensivste
Strahlung einer solchen gleichzeitig vorhandenen Substanz
wegen deren hohen Kristallinität den (220)-Beugungspeak von
Tobermorit übersteigt, selbst obwohl Tobermorit als
Hauptkomponente dient. Wenn in einem solchen Fall unter dem
Scanning-Elektronenmikroskop festgestellt werden kann, dass
die Struktur hauptsächlich aus platten- oder streifenförmigen
Teilchen besteht, wird ausnahmsweise angenommen, dass
Tobermorit die Hauptkomponente dieser Struktur ist. Die hier
verwendete Bezeichnung "platten- oder streifenförmige
Teilchen" bedeutet Teilchen, die mindestens ein Paar von
Flächen besitzen, welche die größte Ausdehnung unter den ein
einziges Teilchen bildenden Flächen haben und die fast
parallel sind und deren maximale Teilchenlänge das 5-fache
oder mehr des Abstands zwischen diesen ein Paar bildenden
Flächen beträgt. Selbstverständlich bedeutet die maximale
Länge die zweidimensional projizierte Länge. Wenn auch die
Größe dieser Tobermorit-Teilchen nicht beschränkt ist, liegt
doch vorzugsweise ihre maximale Länge im Bereich von einigen
µm bis 10 µm.
Im allgemeinen existiert Tobermorit in vielen Fällen
gemeinsam mit CSH. Es ist bekannt, dass CSH in verschiedenen
Teilchenformen vorkommt. CSH-Teilchen können unter dem
Elektronenmikroskop nur dann von Tobermorit-Teilchen unter
schieden werden, wenn sie in Form von Fasern, in körniger
Form oder in Form von Massen vorliegen. Obwohl das erfin
dungsgemäße gehärtete Calciumsilikat-Material CSH enthalten
kann, solange die Mikrostruktur der Tobermorit-Teilchen da
durch nicht beeinträchtigt wird, ist es günstig, den CSH-Ge
halt möglichst niedrig zu halten, weil CSH verschiedene
Eigenschaften von Baumaterialien verschlechtert, wie nachste
hend erläutert wird. Das erfindungsgemäße gehärtete Calcium
silikat-Material kann außerdem einen kleinen Anteil
an leichten Zuschlagstoffen, Verstärkungsfasern, Zellstoff,
Harzen etc. enthalten, solange die Mikrostruktur der Tobermo
rit-Teilchen dadurch nicht beeinträchtigt wird.
In dem erfindungsgemäßen gehärteten Calciumsilikat-Mate
rial beträgt das Verhältnis (Ib/Ia) mehr als 3, wobei Ib die
bei der Röntgen-Pulverbeugungs-Spektrometrie beobachtete In
tensität des Tobermorit (220)-Beugungspeaks bedeutet und Ia
die Mindest-Beugungsintensität im Winkelbereich zwischen zwei
Tobermorit-Beugungspeaks (220) und (222) darstellt. Die hier
verwendete Bezeichnung "Röntgen-Pulverbeugungs-Spektrometrie"
bzw. "Röntgen-Pulver-Diffraktometrie" bezeichnet die
Spektrometrie mittels einer Beugungsvorrichtung unter
Verwendung der Cu Kα-Strahlung als Röntgenstrahlung. Wenn
das gehärtete Calciumsilikat-Material einen großen Anteil an
CSH enthält, leidet es nach wiederholtem Trocknen und Feucht
werden unter einer Verminderung der Dimensionsbeständigkeit.
Wenn es während langer Dauer an der Atmosphäre stehengelassen
wird, reagiert CSH leicht mit Kohlendioxid in der Atmosphäre
und wird daher zu Calciumcarbonat und amorphem Silikat zer
setzt, d. h. es unterliegt einer Carbonisierungsreaktion. Da
diese Reaktion von einer Volumenschrumpfung begleitet ist,
erleidet der gehärtete Calciumsilikat-Gegenstand Rißbildung
und eine Verschlechterung. Bei einer spezifischen Dichte von
weniger als 0,7 hat das gehärtete Calciumsilikat-Material
Luftdurchlässigkeit in einem bestimmten Ausmaß und daher
schreitet die Carbonisierungsreaktion leicht in die inneren
Teile fort. Dies ist ein schwerwiegender Nachteil, wenn das
gehärtete Calciumsilikat-Material als Außen-Baumaterial
verwendet werden soll. Wenn ein gehärtetes Ergzeugnis, das
Tobermorit zusammen mit CSH enthält, durch Röntgen-Pulverdif
fraktometrie analysiert wird, beobachtet man einen relativ
breiten Beugungspeak von CSH im Bereich zwischen den Tobermo
rit (220)- und (222)-Beugungspeaks. Dieser Beugungspeak tritt
gewöhnlich bei etwa 29,1 bis 29,4°(2 θ) auf. Wenn CSH in
einer kleineren Menge als Tobermorit vorhanden ist, kann die
Beugungsintensität von CSH normalerweise nicht gemessen
werden. Wenn die Röntgen-Beugungsintensität im Bereich zwi
schen den Tobermorit (220)- und (222)-Beugungspeaks in einem
solchen Fall höher als die Basislinie ist, kann auf das Vor
liegen/die Abwesenheit von CSH geschlossen werden. Wenn das
gehärtete Calciumsilikat-Material frei von CSH ist und hoch
kristallines Tobermorit als Hauptkomponente enthält, stimmt
die Röntgenstrahlungs-Mindestintensität in dem vorstehend
beschriebenen Bereich mit der Hintergrund-Intensität überein.
Das heißt, dass ein größeres Verhältnis (Ib/Ia) (wobei Ib die
Intensität des Tobermorit (220)-Beugungspeaks und Ia die
Mindest-Beugungsintensität im Winkelbereich zwischen den zwei
Tobermorit-Beugungsstrahlen (220) und (222) darstellt) einen
geringeren CSH-Gehalt in dem gehärteten Calciumsilikat-Mate
rial anzeigt.
Wenn andererseits Tobermorit eine niedrige Kristallini
tät hat, wird das Verhältnis Ib/Ia selbst dann kleiner, wenn
kein CSH vorliegt, weil die Beugungsstrahlung (220) und (222)
nahe beieinander liegen und daher in den unteren Teilen über
lappen. Wenn die Kristallinität des Tobermorits erniedrigt
wird, werden die Festigkeit und die Bewitterungsbeständigkeit
des gehärteten Calciumsilikat-Materials verschlechtert. Es
ist daher in jedem Fall bevorzugt, dass das Verhältnis Ib/Ia
mehr als 3, bevorzugt mehr als 4 und stärker bevorzugt mehr
als 5 beträgt. In kommerziell erhältlichen, autoklavenbehan
delten, leichten Zementen werden weniger reaktive Siliciumdi
oxidquellen verwendet, um die Kristallinität von Tobermorit
zu erhöhen und somit das Verhältnis Ib/Ia zu erhöhen. Diese
autoklavenbehandelten, leichten Zemente haben trotz des hohen
Verhältnisses Ib/Ia niedere Festigkeit, weil sie, wie vorste
hend angegeben, große Blasen enthalten. Die Intensitäten Ia
und Ib sind Werte, die jeweils die Hintergrund-Intensität
einschließen. Sie werden nämlich durch eine Methode errech
net, die von der zur Berechnung von I(002) und I(220) verwen
deten Methode verschieden ist, wie nachstehend beschrieben
wird. Die Fig. IA und IB zeigen wie Ia und Ib zu errechnen
sind.
Es wird bevorzugt, dass das erfindungsgemäße gehärtete
Calciumsilikat-Material neben den platten- oder streifenför
migen Tobermoritteilchen eine gewisse Anzahl an Poren ent
hält, deren Durchmesser der maximalen Länge dieser Teilchen
entspricht oder kleiner als diese ist. Eine der charakteri
stischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen gehärteten
Calciumsilikat-Materials besteht darin, dass ein leichteres
Gewicht durch die zwischen den Teilchen vorhandenen Poren
erreicht werden kann. Wegen dieser Struktur kann das gehär
tete Calciumsilikat-Material gemäß der Erfindung hohe Druck
festigkeit und hohe Biegefestigkeit aufweisen, während die
hohe Beständigkeit gegen Ausbrechen und gute Verarbeitbarkeit
bei Verwendung von wenig Verstärkungsfasern etc. beibehalten
werden.
Die Spezifische Dichte des erfindungsgemäßen gehärteten
Calciumsilikat-Materials beträgt 0,2 oder mehr, jedoch weni
ger als 0,7, vorzugsweise 0,3 oder mehr, jedoch weniger als
0,7 und stärker bevorzugt 0,4 oder mehr, aber weniger als
0,7. Die hier verwendete Bezeichnung "Spezifische Dichte"
bedeutet die auf Basis des Gleichgewichts-Gewichts bei 105°C
bestimmte Spezifische Dichte, d. h. die spezifische Dichte im
absolut trockenen Zustand. Wenn die Spezifische Dichte
weniger als 0,2 beträgt, kann die erfindungsgemäß angestrebte
hohe Festigkeit nicht erreicht werden.
Das erfindungsgemäße gehärtete Calciumsilikat-Material
ist dadurch gekennzeichnet, dass es im wesentlichen frei von
Blasen mit einem maximalen Durchmesser von mehr als 200 µm
ist. Die hier verwendete Bezeichnung "Blasen" bedeutet große
sphärische Poren, die in der Stufe des Mischens der Ausgangs
materialien oder in der Vorhärtungsstufe durch eingeschlosse
nes Gas gebildet werden. Diese Blasen sind gewöhnlich in
sphärischer, ellipsoider Form oder in Tröpfchenform und sind
aneinander gebunden. Sie können daher leicht von Poren unter
schieden werden, die durch Brechen oder Ausbrechen gebildet
werden oder von feinen Poren einer Größe von 10 µm oder weni
ger. Die Tatsache, dass das erfindungsgemäße gehärtete
Calciumsilikat-Material im wesentlichen frei von Blasen mit
einem Maximaldurchmesser von mehr als 200 µm ist, bedeutet,
dass dann, wenn das gehärtete Calciumsilikat-Material
zerbrochen wird, in einer Schnittfläche von 10 mm × 10 mm
nicht mehr als 20 Blasen mit einem Maximaldurchmesser von
mehr als 200 µm beobachtet werden. Die hier verwendete
Bezeichnung "Maximaldurchmesser" bedeutet die größte Länge
von in dem Schnitt beobachteten Blasen, die in sphärischer,
ellipsoider oder Tröpfchenform sind oder aneinander gebunden
sind. Diese Blasen können mit Hilfe eines Stereomikroskops
oder dergleichen leicht beobachtet werden. Konventionelle im
Autoklaven behandelte leichte Zemente werden dadurch leichter
gemacht, dass Blasen mit einem Durchmesser von 100 µm bis 1 mm
eingeführt werden und unterscheiden sich daher in der
Struktur bemerkenswert von dem erfindungsgemäßen gehärteten
Calciumsilikat-Material. So kann das erfindungsgemäße gehär
tete Calciumsilikat-Material, weil es praktisch frei von
Blasen mit einem Maximaldurchmesser von mehr als 200 µm ist,
eine hohe Festigkeit aufweisen, die durch die konventionellen
autoklavenbehandelten leichten Zemente niemals erreicht wer
den konnte.
Es wird bevorzugt, dass das erfindungsgemäße gehärtete
Calciumsilikat-Material eine durch die Stickstoffad
sorptionsmethode (BET-Methode) gemessene spezifische Ober
fläche von 60 m2/g oder weniger hat. Die spezifische Ober
fläche von Tobermorit vermindert sich mit einem Anstieg der
Kristallinität. Es wird berichtet, dass hochkristalliner
Tobermorit eine spezifische Oberfläche von 40 bis 50 m2/g hat
(Sekko to Sekkai, Nr. 124, S. 129 (1988)). Gemäß diesem Doku
ment hat CSH eine sehr große spezifische Oberfläche von 200
bis 250 m2/g. Die spezifische Oberfläche kann als Anzeichen
betrachtet werden, welches von der Kristallinität des Tober
morits und dem Gehalt an CSH abhängt. Sie kann daher als
physikalischer Faktor angesehen werden, der das Verhalten von
Tobermorit enthaltenden Baumaterialien zum Ausdruck bringt.
Dementsprechend bedeutet eine spezifische Oberfläche von mehr
als 60 m2/g eine Verminderung der Kristallinität von Tobermo
rit oder einen Anstieg des CSH-Gehalts. In einem solchen Fall
wird daher die Festigkeit des gehärteten Gegenstandes vermin
dert und gleichzeitig wird das Verhalten als Baumaterial, das
durch die Bewitterungsbeständigkeit und die Dimensionsbestän
digkeit ausgedrückt wird, verschlechtert. Es ist daher bevor
zugt, dass das erfindungsgemäße gehärtete Calciumsilikat-Ma
terial eine durch die Stickstoffadsorptionsmethode (BET-Me
thode) gemessene spezifische Oberfläche von 60 m2/g oder we
niger, bevorzugt 50 m2/g oder weniger, aufweist. Eine wesent
liche Verminderung der spezifischen Oberfläche bedeutet, dass
das gehärtete Calciumsilikat-Material mit einer großen Menge
an Substanzen verunreinigt ist, die eine kleine spezifische
Oberfläche besitzen und von Tobermorit verschieden sind. Es
ist daher günstig, dass die spezifische Oberfläche des gehär
teten Calciumsilikat-Materials mindestens 20 m2/g beträgt.
Es ist zu bevorzugen, dass in dem erfindungsgemäßen
gehärteten Calciumsilikat-Material das Verhältnis der
Beugungspeakintensität I(002) der Ebene (002) zu der
Beugungspeakintensität I(220) der Ebene (220), d. h.
I(002)/I(220) 0,22 oder mehr unter den in der Röntgen-Pulver
beugungs-Spektrometrie beobachteten Beugungspeaks von
Tobermorit beträgt. In den plattenförmigen oder streifenför
migen Tobermoritteilchen wird die Richtung, die senkrecht zu
der Ebene (d. h. der Richtung der Dicke) verläuft, als Rich
tung der C-Achse der Kristalle bezeichnet. Daher zeigt eine
Anstieg der relativen Intensität von I(002) einen Anstieg der
relativen Regelmäßigkeit in Richtung der C-Achse und somit
wiederum einen Anstieg der Dicke der plattenförmigen
Kristalle an. Gemäß JCPD-Karte Nr. 19-1364 beträgt das
Verhältnis I(002)/I(220) von idealen Tobermoritkristallen
0,8. Wenn sich das Verhältnis I(002)/I(220) diesem Wert
nähert, erhöht sich die Kristalldicke und wird die Festigkeit
eines einzelnen Kristalls erhöht. Infolgedessen wird auch die
Festigkeit des aus diesen Kristallen bestehenden gehärteten
Materials erhöht. Darüber hinaus trägt eine Erhöhung der
Regelmäßigkeit der Kristalle zu einer Verbesserung des Ver
haltens eines Baumaterials bei (das durch die Bewitterungs
festigkeit, wie die Carbonisierungsbeständigkeit gekennzeich
net ist). Es ist daher bevorzugt, dass das Verhältnis
I(002)/I(220) 0,22 oder mehr, stärker bevorzugt 0,25 oder
mehr und noch weiter bevorzugt 0,35 oder mehr beträgt. Fig. 2
zeigt ungefähr wie I(002) und I(220) zu berechnen ist.
In dem erfindungsgemäßen gehärteten Calciumsilikat-Mate
rial beträgt unter den durch Quecksilberporosimetrie vermes
senen Poren der Anteil von Poren mit einer Porengröße von 1 µm
oder mehr 1 Vol.-% bis 15 Vol.-% (einschließlich). Es wird
bevorzugt, dass der Anteil von Poren mit einer Porengröße von
0,5 µm oder mehr 1 Vol.-% bis 20 Vol.-% (einschließlich) be
trägt. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Anteil von Poren
mit einer Porengröße von 0,1 µm oder mehr 5 Vol.-% bis 45 Vol.-%
(einschließlich) beträgt. Es ist außerdem zu bevorzu
gen, dass der Anteil von Poren mit einer Porengröße von 0,1 µm
oder mehr 5 Vol.-% bis 40 Vol.-% (einschließlich) beträgt.
Quecksilberporosimetrie bedeutet eine Methode, bei der
Quecksilber in ein gehärtetes Calciumsilikat-Material einge
spritzt wird, wobei die Porengrößenverteilung auf Basis des
Zusammenhangs zwischen dem Einspritzdruck und der Menge des
eingespritzten Quecksilbers gemessen wird. Bei dieser Methode
wird die Berechnung unter der Annahme durchgeführt, dass die
Poren zylindrische Gestalt haben. Die mit dieser Methode er
haltenen Daten werden daher nicht als solche angesehen, wel
che die tatsächlichen Porengrößen zeigen, sondern werden als
Anzeichen für die Porengrößen unter den Bestandteilen ange
wendet. Wenn der Anteil an Poren mit einem Durchmesser von 1 µm
oder mehr, der durch diese Methode bestimmt wurde, 15 Vol.-%
überschreitet, wird die Festigkeit des gehärteten Ge
genstandes vermindert. In diesem Fall tritt darüber hinaus
ein starkes Eindringen von Feuchtigkeit aufgrund der Kapil
larwirkung auf und daher wird das Verhalten als Baumaterial
verschlechtert. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Her
stellungsverfahrens betragen die unteren Grenzwerte der Anteile
von Poren mit einem Durchmesser von 1,0 µm oder mehr
und von Poren mit einem Durchmesser von 0,5 µm oder mehr je
weils 1 Vol.-%, während der untere Grenzwert des Anteils von
Poren mit einem Durchmesser von 0,1 µm oder mehr 5 Vol.-%
beträgt.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des
erfindungsgemäßen gehärteten Calciumsilikat-Materials aus
führlich beschrieben.
Das erfindungsgemäße gehärtete Calciumsilikat-Material
wird hergestellt, indem ein Primärmaterial, welches durch
Vermischen und Umsetzen eines Silikat-Materials, eines Kalk-
Materials und von Wasser als Hauptkomponenten in der Weise,
dass ein Molverhältnis CaO/SiO2 von 1,2 bis 2,5 erreicht
wird, erhalten wird, und ein Sekundärmaterial, welches
mindestens eines von einem Silikatmaterial und einem
Kalkmaterial oder mindestens eines von einem Silikatmaterial
und einem Kalkmaterial zusammen mit Wasser als Haupt
komponenten enthält, im Zustand einer Aufschlämmung gemischt
werden, so dass nach dem Vermischen ein Molverhältnis
CaO/SiO2 von 0,6 bis 1,5, ein Gewichtsverhältnis von Wasser
zu dem Gesamtgewicht der Feststoffe von 1,0 bis 5,0 und ein
Gehalt von amorphem Silikatmaterial in den Silikatmaterialien
von weniger als 20 Gew.-% erreicht wird, die erhaltene Auf
schlämmung bei 40°C oder darüber vorgehärtet wird und danach
in einem Autoklaven bei 160°C oder darüber gehärtet wird.
Die hier verwendete Bezeichnung "vorgehärteter Gegen
stand" bedeutet ein gehärtetes Material, das nach dem Ver
mischen des Primär- und des Sekundär-Materials, jedoch vor
dem Härten in einem Autoklaven, erhalten wird.
Die hier verwendete Bezeichnung "Silikatmaterial"
bedeutet ein Material, das 50 Gew.-% oder mehr SiO2 enthält.
Zu Beispielen dafür gehören kristallines Siliciumdioxid,
Siliciumdioxidsand, Gestein mit einem hohen Quarzgehalt etc.,
natürliche Tonmineralien, wie Diatomeenerde, Quarzstaub,
Flugasche, Kaolinton, Montmorillonitton etc. und gebrannte
Produkte daraus. Unter diesen Silikatmaterialien bedeutet ein
amorphes Silikatmaterial eines, das bei der Röntgen-Pulver
diffraktometrie keinen ersichtlichen Beugungspeak zeigt
(Diatomeenerde, Quarzstaub, Flugasche etc.) Außer diesen
amorphen Silikatmaterialien fallen auch natürliche Ton
mineralien (Kaolinton, Montmorillonitton, Bentonit etc.) und
die entsprechenden gebrannten Produkte, die jeweils einen
inhärenten Beugungspeak zeigen, jedoch niedere Reaktivität
haben, ebenfalls in die Kategorie der amorphen Silikatmate
rialien.
Im Gegensatz dazu zeigen Siliciumdioxid, Siliciumdioxid
sand etc. gewöhnlich bei der Röntgen-Pulverbeugung-Spektrome
trie einen scharfen Beugungspeak, der auf α-Quarz zurück
geht.
Die hier verwendete Bezeichnung "Kalkmaterial" bedeutet
ein Material das, angegeben als Oxid, 50 Gew.-% oder mehr Ca
enthält. Beispiele dafür umfassen gebrannten Kalk und ge
löschten Kalk. Außerdem fallen in die Kategorie des Kalkmate
rials Zemente, die Calcium als Hauptkomponente enthalten
(d. h. gewöhnlicher Portland-Zement, hoch-frühfester Portland-
Zement, Belite-Zement und verschiedene Aluminiumoxidzemente).
Um vor der Autoklavenbehandlung die Aufschlämmung im Be
reich des erfindungsgemäß definierten Wasser/Feststoff-Ver
hältnisses zu härten, ist es vorteilhaft, dass das Silikat
material hohe Reaktivität besitzt. Die Gegenwart einer großen
Menge an nicht umgesetzten Substanzen, die in dem gehärteten
Calciumsilikat-Material verbleiben, verschlechtert die
Widerstandsfähigkeit gegen Ausbrechen (cutout resistance) und
vermindert somit die Festigkeit. Es ist daher vorteilhaft,
ein hochreaktives Silikatmaterial oder ein fein gemahlenes
Silikatmaterial einzusetzen. So ist es beispielsweise bevor
zugt, ein Silikatmaterial zu verwenden, das eine aufgrund der
spezifischen Oberfläche nach Blaine gemessene Feinheit von
3.000 cm2/g oder mehr, vorzugsweise 7.000 cm2/g oder mehr
hat. Eine übermäßig hohe Feinheit ist jedoch im Hinblick auf
die Handhabung des Materials unerwünscht. Daher hat das
Silikatmaterial vorzugsweise eine aufgrund der spezifischen
Oberfläche nach Blaine gemessene Feinheit von nicht mehr als
300.000 cm2/g. Unter Silikatmaterialien haben amorphe
Silikatmaterialien höhere Reaktivität als kristalline
Silikatmaterialien.
Es ist bekannt, dass bei Verwendung eines solchen
Silikatmaterials in Form eines fein Pulvers oder eines
amorphen Silikatmaterials CSH bei einem Molverhältnis
CaO/SiO2 von etwa 1 in der Stufe der Umsetzung des Silikat
materials mit einem Kalkmaterial in Gegenwart von Wasser
selbst bei gewöhnlicher Temperatur leicht gebildet wird. Dar
über hinaus ist es auf dem Fachgebiet allgemein bekannt, dass
CSH, das eine sehr stabile Substanz ist, selbst bei dem Bren
nen bzw. Härten bei hoher Temperatur unter hohem Druck in der
darauffolgenden Stufe kaum in Tobermorit umgewandelt wird.
Die Erfinder haben jedoch zum ersten Mal gefunden, dass
dann, wenn ein Primärmaterial, das durch Mischen dieser Mate
rialien in einem Molverhältnis CaO/SiO2 von 1,2 bis 2,5, und
Inkontaktbringen mit Wasser während einer bestimmten Dauer
oder länger erhalten wird, mit einem Sekundärmaterial ver
mischt wird, welches ein niedrigeres Molverhältnis CaO/SiO2
hat, so dass nach dem Vermischen ein Molverhältnis CaO/SiO2
von 0,6 bis 1,5 erreicht wird, das oben beschriebene stabile
CSH auch dann nicht gebildet wird, wenn ein hochreaktives
Silikatmaterial verwendet wird und dass Tobermorit mit höhe
rer Kristallinität in großer Menge bei der nachfolgenden
Härtungsbehandlung bei hoher Temperatur unter hohem Druck ge
bildet werden kann.
Das heißt, das Primärmaterial wird durch Vermischen und
Umsetzen eines Silikatmaterials, eines Kalkmaterials und
Wassers als Hauptkomponenten in der Weise erhalten, dass ein CaO/SiO2-
Molverhältnis von 1,2 bis 2,5 hergestellt wird. Die
Reaktion wird während mindestens 10 Minuten, vorzugsweise
mindestens 30 Minuten, durchgeführt. Die Kristallinität von
Tobermorit in dem endgültigen gehärteten Gegenstand wird
vermindert, wenn die Dauer dieser Behandlung verlängert wird.
Es ist daher günstig, dass das erhaltene Gemisch innerhalb
von 24 Stunden als Primärmaterial eingesetzt wird. Nach
Beendigung der Reaktion kann das Primärmaterial entweder in
Form einer Aufschlämmung oder in gehärteter Form vorliegen.
Wenn auch das Primärmaterial bei beliebiger Temperatur
ohne Beschränkung gebildet werden kann, beträgt die Tempera
tur unmittelbar nach dem Vermischen gewöhnlich 40°C oder
mehr, vorzugsweise 40 bis 100°C. Wenn das Molverhältnis
CaO/SiO2 weniger als 1,2 beträgt, bildet sich in dieser Stufe
beständiges CSH und die Bildung von Tobermorit in der nach
folgenden Stufe wird inhibiert, wie oben beschrieben ist.
Wenn das Molverhältnis CaO/SiO2 2,5 überschreitet, werden in
dem Reaktionssystem sofort Calciumhydroxidkristalle gebildet
und somit wird Ca in der wässrigen Lösung verbraucht. Infol
gedessen beträgt das an der Reaktion teilnehmende CaO/SiO2-
Molverhältnis weniger als 1,2 und damit wird ähnlich wie in
dem vorher beschriebenen Fall stabiles CSH in großer Menge
gebildet.
Es ist daher erforderlich, dass das Molverhältnis
CaO/SiO2 im Bereich von 1,2 bis 2,5, vorzugsweise 1,5 bis
2,0, liegt. Das Primärmaterial kann gegebenenfalls Gips
(Gips-Dihydrat, Gips-Halbhydrat, Gips-Anhydrid), Verstär
kungsfasern, Verdickungsmittel, Zuschläge u. s. w. enthalten.
Die Menge des zur Herstellung des Primärmaterials verwendeten
Wassers ist nicht besonders beschränkt, solange das Gewichts
verhältnis der verwendeten Gesamtmenge an Wasser zu dem
Gesamtgewicht der Silikatmaterialien, Kalkmaterialien und
anderen festen Materialien, die in dem Primärmaterial und in
dem Sekundärmaterial vorliegen, in den Bereich von 1,0 bis
5,0 fällt. Ausschließlich für das Primärmaterial wird bevor
zugt, dass das Gewichtsverhältnis des Wassers zu dem Gesamt
gewicht des Silikatmaterials, des Kalkmaterials und anderer
fester Materialien, die in dem Primärmaterial vorliegen, 0,7
oder mehr, vorzugsweise 1,0 oder mehr, und weiter bevorzugt
1,5 oder mehr beträgt.
Zum Vermischen der pulverförmigen Materialien und Wasser
für das Primärmaterial kann ein Mischer verwendet werden, der
normalerweise auf diesem Fachgebiet eingesetzt wird. Genauer
gesagt werden beispielsweise die pulverförmigen Ausgangsmate
rialien für das Primärmaterial unter Verwendung eines Hochge
schwindigkeitsrührers mit rotierenden Schaufeln für Mörtel
niederer Viskosität zu dem auf 70°C erhitzten Wasser für das
Primärmaterial gegeben und dann gemischt. Nach der Zugabe der
vorstehend beschriebenen Materialien für das Primärmaterial
wird das Gemisch 1 Minute an der Atmosphäre mit 1200 UpM ge
rührt, während der Mischtank auf 60°C erhitzt wird. Es wird
weiter bevorzugt, das Gemisch unter vermindertem Druck zu
rühren. Dabei wird das Gemisch während 3 Minuten unter einem
verminderten Druck von 200 mm Hg oder weniger mit 1200 UpM
gerührt, während der Mischtank auf 60°C erhitzt wird. Das
Rühren unter vermindertem Druck ermöglicht es, die Blasenbil
dung durch das Einbringen von Gas während des Rührens zu ver
mindern. Anstelle des Rührens an der Atmosphäre kann unter
einem Inertgas, wie Stickstoff, gerührt werden.
Das so erhaltene Primärmaterial wird als solches, wenn
es in Form einer Aufschlämmung vorliegt, oder nach dem Ver
mahlen, falls es gehärtet wurde, mit dem Sekundärmaterial
vermischt. In dieser Stufe ist es erforderlich, dass das Mol
verhältnis CaO/SiO2 nach dem Mischen 0,6 bis 1,5, vorzugs
weise 0,7 bis 1,2 und stärker bevorzugt 0,7 bis 0,95, be
trägt. Wenn dieses Verhältnis weniger als 0,6 ist, verbleibt
nichtumgesetztes Silikatmaterial in großer Menge und daher
wird die Menge des als Produkt gebildeten Tobermorit vermin
dert. Wenn dieses Verhältnis 1,5 überschreitet, wird die
Menge des als Produkt gebildeten Tobermorit beträchtlich ver
mindert. Um das Molverhältnis CaO/SiO2 innerhalb des oben
definierten Bereiches einzustellen, ist es erforderlich, dass
das CaO/SiO2-Molverhältnis des Sekundärmaterials niedriger
ist als das des Primärmaterials.
Es wird bevorzugt, dass das Primärmaterial und das
Sekundärmaterial in der Weise vermischt werden, dass ein
Gewichtsverhältnis von (Gewicht des Primärmaterials/Gewicht
des Primärmaterials + Gewicht der pulverförmigen Komponenten
in dem Sekundärmaterial) von 0,2 bis 0,97 erreicht wird
[dabei beträgt das Verhältnis (Gewicht der pulverförmigen
Komponenten in dem Primärmaterial/Gewicht der pulverförmi
gen Komponenten in dem Primärmaterial + Gewicht der pulver
förmigen Komponenten in dem Sekundärmaterial) 0,15 bis 0,85].
Stärker bevorzugt wird ein Verhältnis von (Gewicht des Pri
märmaterials)/(Gewicht des Primärmaterials + Gewicht der
pulverförmigen Komponenten in dem Sekundärmaterial) von 0,30
bis 0,95, wobei das Verhältnis (Gewicht der pulverförmigen
Komponenten in dem Primärmaterial)/(Gewicht der pulverförmi
gen Komponenten in dem Primärmaterial + Gewicht der pulver
förmigen Komponenten in dem Sekundärmaterial) 0,2 bis 0,8
beträgt.
Die hier verwendete Bezeichnung "Gewicht des Primärmate
rials" bedeutet das Gewicht einschließlich des Wassers, wäh
rend die Bezeichnung "pulverförmige Komponenten" für die
festen Materialien unter Ausschluss von Verstärkungsfasern
steht. Wenn das Mischungsverhältnis dieser Materialien außer
halb der oben definierten Bereiche liegt, besteht die Tendenz
zur Bildung von stabilem CSH und der Gehalt an Tobermorit und
dessen Kristallinität kann kaum erhöht werden.
Ähnlich wie das Primärmaterial kann das Sekundärmaterial
gegebenenfalls Gips, Verstärkungsfasern, Verdickungsmittel,
Zuschläge etc. enthalten. Durch die Erfinder wurde zum ersten
Mal festgestellt, dass die Widerstandsfähigkeit des
gehärteten Calciumsilikat-Materials gegen Carbonisierung
erhöht werden kann, indem Gips zu dem Sekundärmaterial oder
dem Primärmaterial zugesetzt wird. Es wird daher bevorzugt
0,5 bis 10 Gew.-% (einschließlich), stärker bevorzugt 1 bis 6 Gew.-%
(einschließlich) und am stärksten bevorzugt 2 bis 5 Gew.-%
(einschließlich) Gips, bezogen auf die gesamten Materialien
unter Ausschluss von Wasser, zuzusetzen. Es ist
günstig, als Gips Gips-Dihydrat (CaSO4.2H2O) zu verwenden.
Als Verstärkungsfasern können verschiedene organische
und anorganische Fasern eingesetzt werden. Unter organischen
Fasern wird günstigerweise Zellstoff verwendet, da dieser
preiswert ist und in einem Autoklaven kaum abgebaut wird.
Dafür eignen sich entweder Weichholzzellstoffe oder Hartholz
zellstoffe und entweder native Zellstoffe oder wiederaufbe
reitete Zellstoffe. Diese Zellstoffe sind außerdem als Ver
dickungsmittel und Dispersions-Stabilisatoren wirksam. Es
wird bevorzugt, mikrofibrillierte Cellulose einzusetzen.
Obwohl diese Verstärkungsfasern zu einer Verbesserung der
Biegefestigkeit führen, verursachen sie eine Verminderung der
Oberflächenhärte, was typischerweise durch die Druckfestig
keit und die Staubbildung zum Ausdruck kommt. Darüber hinaus
verschlechtert die Zugabe einer übermäßig großen Menge von
Verstärkungsfasern die Feuerbeständigkeit. Es wird daher
bevorzugt, eine solche Verstärkungsfaser in einer Menge von
0,5 bis 6 Gew.-% (einschließlich), vorzugsweise von 0,5 bis 5 Gew.-%
(einschließlich) und stärker bevorzugt von 0,5 bis 4 Gew.-%
(einschließlich), bezogen auf die gesamten Materialien
unter Ausschluss von Wasser, zuzusetzen.
Gips, Verstärkungsfasern, Verdickungsmittel, Zuschläge
etc. können entweder in der Stufe der Herstellung des Primär
materials oder zusammen mit dem Sekundärmaterial zugefügt
werden. Alternativ können diese Bestandteile entweder zu dem
Primärmaterial oder zu dem Sekundärmaterial zugesetzt werden.
Berücksichtigt man die Einfachheit des Einmischens, ist es
günstig, diese Bestandteile zusammen mit dem Sekundärmaterial
zuzufügen.
Das Primärmaterial wird mit dem Sekundärmaterial im
Zustand einer Aufschlämmung derart vermischt, dass ein
Gewichtsverhältnis von Wasser zu dem Gesamtgewicht der
verwendeten Silikatmaterialien, Kalkmaterialien und anderen
festen Materialien von 1,0 bis 5,0 erreicht wird. Dies
bedeutet, dass das Gewichtsverhältnis, das ausgedrückt ist
als (zur Herstellung des Primärmaterials verwendetes Wasser +
zur Herstellung des Sekundärmaterials zugesetztes Was
ser)/(Gewicht der festen Komponenten im Primärmaterial + Ge
wicht der festen Komponenten im Sekundärmaterial) im Bereich
von 1,0 bis 5,0 liegt. Wenn dieses Gewichtsverhältnis außer
halb dieses Bereiches liegt, kann die erfindungsgemäß defi
nierte spezifische Dichte nicht erreicht werden. Um ein
gehärtetes Calciumsilikat-Material mit hoher Festigkeit und
niederer spezifischer Dichte zu erzielen, wird bevorzugt,
dass dieses Verhältnis im Bereich von 1,5 bis 4,0 liegt.
Außerdem wird die Menge des verwendeten amorphen
Silikatmaterials so eingestellt, dass ein Gehalt von amorphem
Silikat in der Gesamtheit der Silikatmaterialien von weniger
als 20 Gew.-% vorliegt. Das amorphe Silikatmaterial dient
als eine der nützlichen Komponenten in Fällen, in denen die
spezifische Dichte weniger als 0,5 beträgt, weil es hohe
Reaktivität hat und die Abscheidung von Feststoffen in einer
Aufschlämmung mit hohem Verhältnis von Wasser zu Feststoffen
verhindert. Jedoch haben amorphe Silikatmaterialien die
Tendenz, wegen ihrer hohen Reaktivität CSH zu bilden und
somit das Erreichen hoher Kristallinität von Tobermorit zu
verhindern, wie vorstehend beschrieben wurde. Wenn das
Verhältnis von amorphen Silikatmaterialien zu den Gesamt-Si
likatmaterialien hoch ist, kann die Bildung von CSH selbst in
der erfindungsgemäßen zweistufigen Reaktion nicht verhindert
werden. Es wird daher bevorzugt, dass der Gehalt des amorphen
Silikatmaterials in der Gesamtheit der Silikatmaterialien
weniger als 20 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 15 Gew.-%
beträgt. Um den Anteil an CSH zu vermindern, ist es günstig,
wenn das amorphe Silikatmaterial in dem Primärmaterial
eingesetzt wird.
Ähnlich wie beim Vermischen des Primärmaterials kann das
Mischen unter Verwendung eines beliebigen Mischers
durchgeführt werden. Die so hergestellte Aufschlämmung wird
vorzugsweise in eine Schalung gegossen und als solche
verformt. Der so erhaltene Formgegenstand wird gewöhnlich bei
40°C oder darüber, vorzugsweise bei 40 bis 100°C, während
3 Stunden oder länger, vorgehärtet. Der erhaltene vorgehär
tete Gegenstand wird erforderlichenfalls zu der gewünschten
Gestalt geschnitten und dann in einem Autoklaven bei hoher
Temperatur unter hohem Druck gehärtet. Zum Schneiden kann die
Drahtschneidemethode angewendet werden, die allgemein bei der
Herstellung von autoklavenbehandelten, leichten Zementen ver
wendet wird. Die Autoklavenbehandlung wird gewöhnlich bei
160°C (Ablesedruck: etwa 5,3 kp/cm2 - 0,53 MPa) oder darüber,
vorzugsweise bei 160 bis 220°C (Ablesedruck: etwa 22,6 kp/cm2
- 2,26 MPa) durchgeführt. Der erhaltene gehärtete
Gegenstand wird getrocknet, wobei das erfindungsgemäße gehär
tete Calciumsilicat-Material erhalten wird.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher unter Be
zugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, in denen
die nachstehenden Messmethoden angewendet wurden.
Die Messung erfolgte nach den Methoden zur Messung der
Biegefestigkeit und Druckfestigkeit, die als physikalische
Prüfmethoden für Zement gemäß JIS R 5201 definiert sind. Da
bei wurden Proben von 40 mm × 40 mm × 160 mm bei einer Spann
weite von 100 mm zur Messung der Biegefestigkeit verwendet.
Zur Messung der Druckfestigkeit wurde die Hälfte einer in der
Prüfung der Biegefestigkeit zerbrochenen Probe verwendet und
die Maximalbelastung wurde auf einer unter Druck gehaltenen
Fläche (40 mm × 40 mm) in einem Abstand von 40 mm von der
unter Druck gehaltenen Fläche gemessen. Im Fall einer Probe
in Form einer Platte wurden zwei oder drei Stücke miteinander
verbunden und daraus wurde eine kubische Probe herausge
schnitten und als Testprobe verwendet. In diesem Fall wurde
die Druckfestigkeit in mindestens drei zueinander rechtwinke
ligen Richtungen gemessen und der Durchschnittswert wurde
bestimmt. Die Trocknungsbedinungen sind wie folgt. Ein gehärteter
Gegenstand wurde in einen bei 70°C gehaltenen Trockner
gelegt und dann zu dem Zeitpunkt, an dem der Feuchtigkeitsge
halt 10 ± 2%, bezogen auf den absolut trockenen Zustand des ge
härteten Gegenstandes, betrug, auf Raumtemperatur abgekühlt.
Gehärtete Gegenstände der gleichen Größe wie die zur
Prüfung der Biegefestigkeit verwendeten, wurden 24 Stunden
bei 105°C getrocknet und die spezifische Dichte wurde dann
aus dem Gewicht und der Größe errechnet.
Die Bruchfläche jeder dem Biegetest unterworfenen Probe
wurde unter einem Stereomikroskop (SZ, hergestellt von
Olympus Optical Co., Ltd.) bei 40-facher Vergrößerung beob
achtet und Blasen mit einem größten Durchmesser von 200 µm
oder mehr, die in einer Fläche von 10 mm × 10 mm existierten,
wurden gezählt.
Nach dem Mahlen und Klassieren von gehärteten Materia
lien wurden die Fraktionen von 2 bis 4 mm 24 Stunden lang bei
105°C getrocknet, wobei Testroben erhalten wurden. Die Po
rengrößenverteilung jeder Probe wurde mit Hilfe eines "Pore
Sizer 9320" (hergestellt von Micormetritics) gemessen. Die
Berechnung erfolgte unter der Annahme eines Kontaktwinkels
zwischen Quecksilber und dem gehärteten Gegenstand von 130°
und einer Oberflächenspannung von Quecksilber als 484 dyn/cm.
Der Anteil von Poren mit einer Porengröße von 1 µm oder mehr
bedeutet den Volumenanteil von Poren mit einem Durchmesser
von 1 µm oder darüber, ausgedrückt unter Bezugnahme auf die
Gesamtmenge der Poren mit einer Porengröße von 6 nm bis 360 µm
als 100%. Der Anteil von Poren mit einer Porengröße von
0,1 µm oder mehr bedeutet den Volumenprozent-Anteil von Poren
mit einem Durchmesser von 0,11 µm oder mehr, ausgedrückt unter
Bezugnahme auf die Gesamtmenge an Poren einer Porengröße
von 6 nm bis 360 µm als 100%.
Nach der gleichen Behandlung wie für die Messung der
Quecksilber-Porosimetrie wurden die Proben weiterhin 3 Stun
den im Vakuum bei 70°C getrocknet, um die Testproben zu er
halten. Die spezifische Oberfläche jeder Probe wurde unter
Verwendung der Vorrichtung "Autosorb 1-MP" (hergestellt von
Quantachrome) gemessen. Die Messung erfolgte an sechs Stellen
pro Probe.
Die Messung erfolgte unter der Anwendung der Methode zum
Messen der spezifischen Oberfläche entsprechend den physika
lischen Prüfmethoden für Zement, die in JISR 5201 definiert
ist.
Nach Durchführung des Festigkeitstests wurde jede Probe
in einem Mörser gemahlen und die Messung wurde dann unter
Verwendung der Cu Kaα-Strahlung mit Hilfe der Vorrichtung
RINT 2000 (hergestellt von Rigaku Denki K. K.) durchgeführt.
Es wurden folgende Messbedingungen angewendet: Beschleuni
gungsspannung: 40 kV, Beschleunigungsstrom: 200 mA, Breite
der Empfängerblende: 0,15 mm, Abtastgeschwindigkeit:
4°/Minute und Probemessung: 0,02°.
Die Beugungsstrahlen wurden mit Hilfe eines Graphit-
Monochrometers in monochromatische Strahlung umgewandelt und
dann gezählt. Die Mindestbeugungsintensität, die den Hinter
grund einschließt, im Winkelbereich zwischen zwei Tobermorit-
Beugungspeaks (220) und (222) wird als Ia bezeichnet, während
die den Hintergrund einschließende maximale Intensität der
Tobermorit-Beugungsstrahlung (220) als Ib bezeichnet wird.
Diese beiden Beugungsstrahlen entsprechen den Beugungsstrahlen,
die bei etwa 29,0° und 30,0° (2 θ) beobachtet wer
den. Die Fig. 1A und 1B zeigen Modellansichten der Berech
nungsmethode.
Die gleichen Proben und Messbedingungen wie bei der Mes
sung von Ia und Ib wurden verwendet. I(002) ist die wahre
Beugungsintensität, die erhalten wird, indem der Hintergrund
im Beugungswinkelbereich von 6 bis 9° (2 θ) als ungefähr
linear angenommen wird. In entsprechender Weise ist I(220)
die wahre Beugungsintensität, die erhalten wird, indem der
Hintergrund im Beugungswinkelbereich von 20 bis 40° (2 θ) als
linear angenommen wird. Die Beugungsstrahlung von Tobermorit
(002) entspricht dem bei etwa 7,7° (2 θ) beobachteten Beu
gungsstrahl. Fig. 2 zeigt eine Modellansicht der Berechnungs
methode.
Die Bewertung erfolgte durch Beobachtung mit dem unbe
waffneten Auge.
Ein gehärtetes Material wurde mit einer Holzsäge ge
schnitten und die Leichtigkeit des Sägens und der Zustand des
Schnitts wurden bewertet.
Als Anzeichen der Langzeit-Beständigkeit wurde die
Schrumpfungsrate bei der beschleunigten Carbonisierungsreak
tion gemessen. Eine Testprobe (20 mm × 40 mm × 160 mm) wurde
in einem Thermo-Hygrostat bei einer relativen Feuchtigkeit
von 60% und einer Temperatur von 20°C getrocknet, bis das
Gewicht den Gleichgewichtszustand erreicht hatte. Dann wurde
sie in einen Tank für den Neutralisationstest Modell BEO61OW-
6 (hergestellt von Asahi Kagaku K. K.) gelegt. An den Tagen 14
und 28 wurden die Änderungen des Abstands zwischen Markierun
gen unter einem Mikroskop gemessen und die Schrumpfungsrate
wurde nach Formel 1 berechnet. Der Neutralisationstest wurde
bei einer relativen Feuchtigkeit von 60%, einer Temperatur
von 20°C und einer Kohlendioxidgas-Konzentration von 10 Vol.-
% durchgeführt.
Schrumpfungsrate (%) = [L0
- L1
)/L0
× 100.
L0: Abstand zwischen den Markierungen zu Beginn
des Neutralisationstests
L1: Abstand zwischen den Markierungen am Tag 14 oder 28 nach Beginn des Neutralisationstests
L1: Abstand zwischen den Markierungen am Tag 14 oder 28 nach Beginn des Neutralisationstests
Die Komponenten für das Primärmaterial wurden in den in
Tabelle 1 angegebenen Verhältnissen unter Verwendung einer
Rührers bei 60°C gemischt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde
während 4 Stunden bei 60°C umgesetzt. In Beispielen 6 und 8
wurde das Rühren während der Reaktion fortgesetzt. In anderen
Beispielen wurde das Rühren am Ende des Mischens unterbrochen
und die Aufschlämmung wurde durch Stehenlassen gehärtet. Nach
der Probeentnahme eines Teils des so erhaltenen Primär
materials wurde dieses in Form einer Aufschlämmung mit den
pulverförmigen Bestandteilen des Sekundärmaterials und Wasser
in einem Verhältnis entsprechend der in Tabelle 1 angegebenen
Zusammensetzung vermischt. Wenn das Primärmaterial gehärtet
worden ist, wurde es einmal gemahlen und dann mit dem Sekun
därmaterial vermischt. In Tabelle 1 werden für die verwende
ten Fasern folgende Abkürzungen angegeben: MFC: mikrofibril
lierte Cellulose, VP: nativer Zellstoff, RP: wiederaufberei
teter Zellstoff und GF: alkalibeständige Glasfaser. Als mi
krofibrillierte Cellulose wurde Celish KY-100G, hergestellt
von Daicel Chemical Industries, Ltd. verwendet. Die erhaltene
Aufschlämmung wurde in eine Schalung gegossen und 8 bis 15
Stunden bei 60°C vorgehärtet, während die Verdampfung des
Wassers reguliert wurde. Danach wurde das Produkt aus der
Schalung entnommen und in einem Autoklaven bei hoher Tempera
tur von 180 C unter hohem Druck vier Stunden lang gehärtet
und schließlich unter Bildung eines gehärteten Calciumsili
cat-Materials getrocknet.
Tabelle 3 zeigt die physikalischen Eigenschaften der
hier verwendeten kristallinen Silikatmaterialien.
Tabelle 2 zeigt verschiedene physikalische Eigenschaften
der erhaltenen gehärteten Calciumsilikat-Materialien. Wenn
diese gehärteten Calciumsilikat-Materialien im Schnitt unter
einem Scanning-Elektronenmikroskop beobachtet wurden, zeigte
jedes der gehärteten Materialien eine Struktur, die aus plat
tenförmigen Tobermoritteilchen und einer kleinen Menge an
faserförmigen Teilchen besteht, wie typischerweise in Fig. 3A
gezeigt ist. Als Ergebnis der Röntgen-Pulverbeugungs-Spektro
metrie ergab sich, dass die intensivste Strahlung als Tober
morit-Beugungsstrahl (220) in jedem der gehärteten Materia
lien identifiziert wurde.
Tabelle 4 zeigt die Schrumpfungsrate der Probe aus Bei
spiel 2 beim beschleunigten Carbonisierungstest. Fig. 5 zeigt
die Kurven der Porengrößenverteilung gemäß Beispiel 1, die
durch Quecksilberporosimetrie gemessen wurde.
Die Bestandteile des Primärmaterials wurden in einem
Verhältnis entsprechend der in Tabelle 1 aufgeführten Zusam
mensetzung mit Hilfe eines Rührers bei 60°C gemischt. Die er
haltene Aufschlämmung wurde in eine Schalung gegossen und
dann 8 Stunden bei 60°C vorgehärtet. Nachdem das Produkt aus
der Schalung entnommen worden war, wurde es in einem Autokla
ven bei hoher Temperatur von 180°C und hohem Druck vier Stun
den lang gehärtet und dann unter Bildung eines gehärteten
Produkts getrocknet. Tabelle 2 zeigt verschiedene physikali
sche Eigenschaften dieses gehärteten Materials. Das hier
verwendete Silikatmaterial war gemahlenes Siliciumdioxid, wie
in Beispiel 1. Als Ergebnis der Röntgen-Pulverbeugungs-Spek
trometrie zeigte sich eine Beugungslinie (Diffraction Ray)
von Quarz (101) und eine Beugungslinie bei 29,2°, die wahr
scheinlich CSH zuzuordnen ist, als Maxima, die höher waren,
als die Tobermorit (220)-Beugungsstrahlungsintensität, wie in
Fig. 4 gezeigt ist. Beobachtete man einen Schnitt des ge
härteten Materials unter einem Scanning-Elektronenmikroskop,
so zeigte dieses eine Struktur, in welcher plattenförmige
Tobermoritkristalle mit fast der gleichen Menge eines faseri
gen Minerals vermischt sind, das wahrscheinlich CSH ist, wie
in Fig. 3B gezeigt ist. Fig. 5 zeigt die Porengrößenvertei
lungskurve, die durch Quecksilberporosimetrie gemessen wurde.
Aus handelsüblichem ALC wurde ein von Verstärkungs-Mit
teln freier Teil entnommen und verschiedene Eigenschaften
wurden gemessen. Tabelle 2 zeigt die so erhaltenen Ergeb
nisse. Beobachtete man den Schnitt von ALC unter einem Scan
ning-Elektronenmikroskop, so zeigte sich, dass dieser eine
Struktur hatte, in der streifenförmige Tobermorit-Teilchen
rund um große Blasen angeordnet waren und plattenförmige
Tobermoritteilchen als Hauptkomponente in anderen Teilen be
obachtet wurden. Als Ergebnis der Röntgen-Pulverdiffraktome
trie wurde als einziges Maximum, das höher war als das Tober
morit (220)-Beugungsmaximum, ein Beugungspeak von Quarz (101)
beobachtet. Tabelle 4 zeigt die Schrumpfungsraten in dem
beschleunigten Carbonisierungstest.
Ein gehärtetes Calciumsilikat-Material wurde wie in Bei
spiel 1 hergestellt, wobei jedoch aktiver Ton (SiO2-Gehalt:
79,8%) mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von
11.500 cm2/g als Silikatmaterial in dem Primärmaterial ein
gesetzt wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. Tabelle 2 zeigt
verschiedene physikalische Eigenschaften des gehärteten
Calciumsilikat-Materials. Bei Beobachtung eines Schnitts dieses
gehärteten Calciumsilikat-Materials unter einem Scanning-
Elektronenmikroskop zeigt sich, dass dieses eine Struktur
hatte, in der plattenförmige Tobermorit-Kristalle mit fast
der gleichen Menge an faserförmigen Teilchen gemischt waren,
ähnlich wie in den Beispielen 1 bis 4. Die Röntgen-Pulverbeu
gungs-Spektrometrie zeigte als Ergebnis, dass die intensivste
Strahlung als Tobermorit (220)-Beugungsstrahlung identifi
ziert wurde. Tabelle 4 zeigt die Schrumpfungsraten in dem be
schleunigten Carbonisierungstest.
0,74 kg ungelöschter Kalk wurde mit 2,60 kg warmem Was
ser von 70°C hydratisiert, wobei eine Aufschlämmung von ge
löschtem Kalk gebildet wurde. Nach dem Abkühlen auf 32°C
wurde die Aufschlämmung mit 0,20 kg Diatomeenerde (die ein
325-Maschen-Sieb passierte, SiO2-Gehalt 79,0%) und 0,70 kg
kaltem Wasser vermischt. Das Verhältnis Wässer/Feststoffe
betrug zu diesem Zeitpunkt 3,5. Die Aufschlämmung wurde dann
während 2 Stunden bei 88°C der Gelbildung überlassen. Dann
wurde sie sofort auf 60°C gekühlt und es wurden 0,81 kg des
in Beispiel 1 verwendeten gemahlenen Siliciumdioxids, 0,11 kg
alkalibeständige Glasfaser und 0,11 kg natives Weichholz-
Zellstoff zugesetzt. Nach dem homogenen Mischen während 2
Minuten in einem Omni-Mischer wurde das erhaltene Gemisch in
eine Form gegossen (Innenabmessungen: 40 mm × 160 mm und
unter einem Druck von 1,2 MPa (12 kp/cm2) dehydratisiert und
geformt. Das geformte Material hatte zu diesem Zeitpunkt eine
Dicke von etwa 20 mm. Danach wurde es in einem Autoklaven
unter dem Sättigungsdampfdruck 8 Stunden bei 180°C umgesetzt
und danach 24 Stunden bei 105°C getrocknet, wobei ein gehär
tetes Material erhalten wurde. Tabelle 1 zeigt die Daten, die
erneut errechnet wurden, indem die Verhältnisse der Zusammen
setzung wie in Beispiel 1 eingestellt wurden, während Tabelle
2 verschiedene physikalische Eigenschaften des vorstehend
erhaltenen gehärteten Materials zeigt. Die Druckfestigkeit
wurde durch Verbinden von zwei plattenförmigen Teilen (Dicke
20 mm) mit Hilfe eines Epoxy-Klebers und Verwendung der kubi
schen Probe (40 mm × 40 mm × 40 mm) bestimmt. Die Beobachtung
eines Schnitts dieses gehärteten Calciumsilikat-Materials un
ter einem Scanning-Elektronenmikroskop zeigte eine haupt
sächlich aus Zellstoff und Glasfasern bestehende Struktur, in
der wenige Plattenkristalle vorlagen. Als Ergebnis der
Röntgen-Pulverbeugungs-Spektrometrie wurde der intensivste
Peak als der Beugungspeak von Quarz (101) identifiziert.
Tabelle 4 zeigt die Schrumpfungsraten bei dem beschleunigten
Carbonisierungstest.
2,16 kg Wasser wurden zu 0,4 kg der in Vergleichsbei
spiel 4 verwendeten Diatomeenerde und 0,32 kg gelöschtem Kalk
(handelsübliches Reagenz, Reinheit 99%) gegeben und das Ge
misch wurde auf 90°C erhitzt und unter Rühren 3 Stunden umge
setzt, wobei ein Gel erhalten wurde. Danach wurden 0,2 kg ge
wöhnlicher Portlandzement, 0,2 kg des in Beispiel 1 verwen
deten gemahlenen Siliciumdioxids und 0,016 kg Weichholzzell
stoff zugesetzt und eingemischt. Das erhaltene Gemisch wurde
in eine Schalung gegossen und 8 Stunden bei 40°C vorgehärtet.
Nach dem Herausnehmen aus der Schalung wurde es in einem
Autoklaven bei hoher Temperatur von 180°C und unter hohem
Druck 8 Stunden lang gehärtet. Nach dem Trocknen wurde ein
gehärtetes Calciumsilikat-Material erhalten. Tabelle 1 zeigt
die Daten, die erneut durch Einstellen des Komponentenver
hältnisses der Zusammensetzung in der in Beispiel 1 beschrie
benen Weise berechnet wurden, während Tabelle 2 verschiedene
physikalische Eigenschaften des vorstehend erhaltenen gehär
teten Materials zeigt. Wenn der Schnitt dieses gehärteten
Calciumsilikat-Materials unter einem Scanning-Elektronen
mikroskop beobachtet wurde, zeigte er eine Struktur, die
hauptsächlich aus amorphen und kurzfaserigen Teilchen mit
wenigen Plattenkristallen bestand. Als Ergebnis der Röntgen-
Pulverbeugungs-Spektrometrie wurde das intensivste Strah
lungsmaximum als Beugungsstrahlung von Quarz (101) identifiziert.
Tabelle 4 zeigt die Schrumpfungsraten bei dem be
schleunigten Carbonisierungstest.
Ein gehärtetes Calciumsilikat-Material wurde wie in Bei
spiel 1 erhalten, wobei jedoch das Verhältnis der Zusammen
setzung des Primärmaterials zu dem Sekundärmaterial variiert
wurde. Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung, während Tabelle 2
verschiedene physikalische Daten zeigt. Wenn ein Schnitt des
gehärteten Materials unter einem Scanning-Elektronenmikroskop
beobachtet wurde, so zeigte dieser eine Struktur, in der
plattenförmige Tobermorit-Kristalle mit fast der gleichen
Menge an faserigen Teilchen vermischt waren, ähnlich wie in
Beispiel 1. Bei der Röntgen-Pulverbeugungs-Spektrometrie
wurde das intensivste Strahlungsmaximum als Beugungsstrahlung
von Tobermorit (220) identifiziert wurde.
Ein Gemisch, welches wie in Beispiel 1 erhalten wurde,
wobei jedoch in der Zusammensetzung die in Tabelle 1 angege
benen Verhältnisse verwendet wurden, wurde in eine Schalung
gegossen. Nach 8-stündigem Altern bei 60°C wurde eine nur
aus Wasser bestehende Schicht in einer Tiefe von etwa 1/5 der
Schalung an der Oberfläche des vorgehärteten Materials beob
achtet. Dann wurde nur der feste Anteil herausgenommen und
wie in Beispiel 1 im Autoklaven behandelt. Als Ergebnis
zeigte sich, dass mehrere Risse an der oberen Fläche des
geformten Materials gebildet waren und daher die Festigkeit
nicht gemessen werden konnte.
Verschiedene physikalische Eigenschaften einer handels
üblichen Calciumsilikatplatte für feuerbeständige Überzüge
wurden gemessen. Tabelle 2 zeigt die so erhaltenen Daten. Die
Druckfestigkeit wurde wie in Vergleichsbeispiel 4 gemessen.
Die Analyse durch Röntgen-Pulverbeugungs-Spektrometrie zeigt,
dass der Hauptbestandteil Xonotlit war.
Das erfindungsgemäße hochfeste gehärtete Calciumsilikat-
Material ist unbrennbar und hat leichtes Gewicht, es besitzt
jedoch trotzdem hohe Druckfestigkeit und hohe Biegefestig
keit. Es hat darüber hinaus ausgezeichnetes oberflächliches
Aussehen und Verarbeitbarkeit. Außerdem besitzt es eine
bemerkenswert hohe Dauerhaftigkeit, was durch die Schrump
fungsrate bei Carbonisierung zum Ausdruck kommt. Das
erfindungsgemäße gehärtete Calciumsilikat-Material ist daher
geeignet als Material für Außenwände, Material für Innenwände
und Fußbodenmaterial für verschiedenartige Bauwerke.
Claims (5)
1. Gehärtetes Calciumsilikat-Material mit einem Ver
hältnis von Ib/Ia < 3 und einer spezifischen Dichte von 0,2 g/cm3
oder mehr, jedoch weniger als 0,7 g/cm3, bei dem nach Zerbrechen des
Materials in einer Schnittfläche von 10 mm × 10 mm nicht mehr
als 20 Blasen mit einem Maximaldurchmesser von mehr als 200 µm
beobachtet werden,
wobei Ib die Intensität des Beugungspeaks der Tobermorit (220)-Ebene bei der Röntgen-Pulverbeugungs-Spektrometrie dar stellt und
Ia die Mindest-Beugungsintensität im Winkelbereich zwi schen zwei Beugungspeaks in den (220)- und (222)-Ebenen von Tobermorit bedeutet.
wobei Ib die Intensität des Beugungspeaks der Tobermorit (220)-Ebene bei der Röntgen-Pulverbeugungs-Spektrometrie dar stellt und
Ia die Mindest-Beugungsintensität im Winkelbereich zwi schen zwei Beugungspeaks in den (220)- und (222)-Ebenen von Tobermorit bedeutet.
2. Gehärtetes Calciumsilikat-Material gemäß Anspruch
1, wobei die durch die Stickstoffadsorptionsmethode gemessene
spezifische Oberfläche 60 m2/g oder weniger beträgt.
3. Gehärtetes Calziumsilikat-Material gemäß Anspruch 1
oder 2, wobei unter den bei der Röntgen-Pulverbeugungs-Spek
trometrie beobachteten Beugungspeaks von Tobermorit das
Verhältnis I(002)/I(220) der Intensität I(002) des Beugungs
peaks der (002)-Ebene zu, der Intensität I(220) des Beu
gungspeaks der (220)-Ebene 0,22 oder mehr beträgt.
4. Gehärtetes Calciumsilikat-Material nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, wobei unter den durch Quecksilber-Porosi
metrie gemessenen Poren der Anteil von Poren mit einer Poren
größe von 1,0 µm oder mehr 1 Vol.-% bis 15 Vol.-% beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung des gehärteten Calcium
silikat-Materials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, welches
folgende Schritte umfasst:
Vermischen eines Primärmaterials und eines Sekundärma terials im Zustand einer Aufschlämmung,
wobei das Primärmaterial durch Vermischen eines Silikat- Materials, eines Kalk-Materials und von Wasser als Hauptkomponenten bei 40°C oder darüber in der Weise, dass ein Molverhältnis CaO/SiO2 von 1,2 bis 2,5 erreicht wird, erhalten wird, und wobei das Sekundärmaterial mindestens eines von einem Silikat-Material und einem Kalk-Material oder mindestens eines von einem Silikat-Material und einem Kalk- Material zusammen mit Wasser als Hauptkomponenten enthält,
wobei nach dem Vermischen ein Molverhältnis CaO/SiO2 von 0,6 bis 1,5, ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu der Gesamtmenge der Feststoffe von 1,0 bis 5,0 und ein Gehalt der Silikat-Materialien an amorphem Silikat-Material von weniger als 20 Gew.-% erhalten wird,
Vorhärten der erhaltenen Aufschlämmung bei 40°C oder darüber und
Härten in einem Autoklaven bei 160°C oder darüber.
Vermischen eines Primärmaterials und eines Sekundärma terials im Zustand einer Aufschlämmung,
wobei das Primärmaterial durch Vermischen eines Silikat- Materials, eines Kalk-Materials und von Wasser als Hauptkomponenten bei 40°C oder darüber in der Weise, dass ein Molverhältnis CaO/SiO2 von 1,2 bis 2,5 erreicht wird, erhalten wird, und wobei das Sekundärmaterial mindestens eines von einem Silikat-Material und einem Kalk-Material oder mindestens eines von einem Silikat-Material und einem Kalk- Material zusammen mit Wasser als Hauptkomponenten enthält,
wobei nach dem Vermischen ein Molverhältnis CaO/SiO2 von 0,6 bis 1,5, ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu der Gesamtmenge der Feststoffe von 1,0 bis 5,0 und ein Gehalt der Silikat-Materialien an amorphem Silikat-Material von weniger als 20 Gew.-% erhalten wird,
Vorhärten der erhaltenen Aufschlämmung bei 40°C oder darüber und
Härten in einem Autoklaven bei 160°C oder darüber.
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