-
Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörpern aus Kalkmörtel
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her stellung von porösen Formkörpern
aus Kalknörtel mit oder ohne Treibmittelzusatz, die silikatische Umwandlungsprodukte
enthalten, die aus einem wasserhaltige Alkali- und/oder Calciumsilikate enthaltenden
Gemisch durch Erhitzen im geschlossenen Gefäß auf 140 bis 5000C hergestellt werden.
-
Ein solches Verfahren bildet den Gegenstand der älteren Patentannieldung
P 21 30 540.8. Bei dcni in dieser älteren Patentanmeldung vorgeschlapenen Verfahren
wird boi der Herstellunf der silikatischen Umwandlungsprodukte ein Gemisch verwendet,
das außer wasserhaltigen Alkalisilikaten natiirliche Silikate im Verhältnis von
2 bis 6:1 enthält. Das Erhitzen des Gemisches erfolgt bei konstantem Volumen des
Systems unter Umgehung der Dampfphase durch AuswAhl eines bestimmten, von der Temperatur
und der Zusammensetzung des Gemisches abhängigen Verhältnisses des Gefxißvolumens
zum Volumen des Gemisches.
-
Durch die Auswahl des richtigen Verhältnisses wird erreicht, daß die
Feuchtigkeit der Mässe während des gesamten Umwandlungsprozesses konstant bleibt.
Da3 Einhalten dieser Bedingung ist bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Voraussetzung
dafür, daß ein Umwandlungsprodukt mit konstitutionell gebundenem Wasser erhalten
wird. Die Feuchtigkeitskonstanz während einer längeren Zeitspanne ist bei dem vorgeschlagenen
Verfahren erforderlich, um silikatisches Material zu lösen oder mindestens anzulösen,
damit ein wasserhaltiges Natrium-Alminium-Silikat entstehen kann. Das vorstehend
behandelte Verfahren zur Herstellung eines silikatischen Umwandlungsproduktes wird
auch bei einem Verfahren zur Herstellung von glasartigen, porösen Formkörpern verwendet,
das den Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 21 21 574.7-45 bildet.
-
Eine Weiterentwicklung des soeben erwähnten Verfahrens zur Herstellung
von glas artigen porösen Formkörpern bildet den Gegenstand der älteren Patentanmeldung
P 22 15 047.6. Die
Weiterentwicklung besteht in einer Verbesserung
des Verfahrens zur herstellung des silikatischen Umwandlungsproduktes.
-
Der Erfindung lieGt die Auf gabe zugrunde, auch die nach dem zuletzt
erwähnten vorgesciilagenen Verfahren hergestellten silikatischen Umwandlungsprodukte
für die Herstellung von porösen Formkörpern aus Kalkmörtel nutzbar zu machen.
-
Dieae Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß dem die
Alkali- und/oder Calciumsilikate enthaltenden Gemisch vor dem Erhitzen mehrbasische,
schwache bis höchstens mittelstarke, sauerstoffhaltige Säuren von Richtmetällen
etwa im äquimolaren Verhältnis zu den Silikaten und/oder feinverteiltes Aluminiumhydroxid
(Tonerdegel) hinzugefügt werden und die Umwandlung bei einem Wasserdampfüberdruck
erfolgt, den man bis auf höchstens 12 atü anstreifen läßt, 8o daß das Umwandlungsprodukt
bei einem Uberdruck von-etwa 1 atü entstandene Natrium- und/oder Calcium-Aluminiumsilikatgele
und bei zunehmendem Druck aus den Uatrium- und/oder Calcium-Aluminiumsilikatgelen
entstandene Kristalle, insbesondere Zeolithe wie Analcim und Vieirakit enthält.
-
Wichtig für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Tatsache, daß die
Beschaffenheit des Umwandlungsproduktes wesentlich vom V<asserdampfüberdruck
abhängig ist, so daß auch die Beschaffenheit der Fertigprodukte, die von den Eigenschaften
der Umwandlungsprodukte abhängen, durch eine Steuerung des Wasserdampfüberdruckes
beeinflußbar sind.
-
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrene
wird ähnlich wie bei dem bereits vorgeschlagenen Verfahren außer wnsserhaltiegen
Slkali-und/oder Cnlciumailikaten auch noch anderes silikatisches lnterinl wingesetzt.
Vorzugsweise werden als silikati3ches Material ägirinreiche Gesteinsmehle, natürliche
oder künstliche Zeolithe und/oder andere leicht schmelzbare Silikate eingesetzt.
Allgemein sind nber unter silikatischem Material alle natürlichen und künstlichen
Silikate, wie silikatische Gesteine, Quarzithe, Flugaschen, Hochofenschlacke und
auch gewöhnlicher Bausand zu verstehen. Sofern das silikatische Material kein Aluminium
enthält, muf3 dem als Ausgangsmaterial dienenden Gemisch Aluminiumhydroxid zugemischt
werden, damit in jedem Fall bei der Umwandlung Alkali- und/oder Calcium-Aluminiumsilikate
in Gelform oder in Form kristallisierter Verbindungen entstehen.
-
Das silikatische Material kann ähnlich wie bei dem bereits vorgeschlagenen
Verfahren dem Gemisch vor dem Erhitzen in zerkleinerter Form beigefügt werden. Die
einzusetzende Menge kann dann im Verhältnis von 2 bis 6:1 zu den wasserhaltigen
Silikaten stehen.
-
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Umwandlungsprodukt
gesondert hergestellt, staubfein gemahlen und dem Kalkmörtel in einer Menge von
2 bis 1 bezogen auf dessen Kalkgehalt, hinzugefügt. Es ist statt dessen aber auch
möglich, die
zur lIerstellung des Umwandlungsproduktes dienenden
stoffe dem Kalkmörtel oder dessen lku3gangsstoffen beizumischen und den Kalkmörtel
unter den zur Entstehung des Umwandlungsproduktes führenden Bedingungen zu härten,
so daß also bei dieser zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Umwandlungsprodukte
unmittelbar bei der Herstellung der Formkörper erzeugt werden. Diese zweite Variante
ist besonders für die Herstellung ton Umwandlungsprodukten in Form von Calcium-Aluminiumsilikaten
geeignet.
-
Die anschließend behandelten Beispiele sollen zur weiteren Erlüuterung
der Erfindung dienen. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf diese
Beispiele beschränkt ist. Die folgenden Beispiele behandeln zunächst die gesonderte
Herstellung der Umwandlungsprodukte und deren Verwendung zur Herstellung von Formkörpern
aus Kalkmörtele Beispiel 1 Es wurden 500 g basisches, plagioklasreiches Gestein
(Basalt, Bytownit, Anorthosite) fein gemahlen und dann mit 212 g ITatri1lmmetasilikat-5-Eydrat
und 82 g Borsäure (H3B03) gemischt. Das Gemisch wurde dann in einem geschlossenen
Gefäß von 1,3 1 Inhalt, das mit einem Manometer und einem Druckventil ausgerüstet
warS auf 2000C erhitzt. Der Wasserdampfüberdruck im Gefäß stieg langsam an. Bei
Erreichen eines vorgegebenen Wasserdampfüberdruckes wurde das Verfahren abgebrochen.
Das auf diese Weise erhaltene Umwandlungsprodukt wurde bei 20000 getrocknet und
dann staubfein gemahlen0
Beispiel 2 Es wurden 50 g emahloner Ünd,
20 g liatriummetasilikat-5-Hydrat, 7,5 e Borstiure unci 7,5 g isluminiumhydroxid
(Tonerdegel) gemischt und dann im geochlossonen Gefäß zwei Stunden lang auf 2000C
erhitzt. Das auf diese Weise erhaltene Umwandlungoprodukt wurde bei 2000C getrocknet
und stubfein gemahlen.
-
Beispiel 3 Es wurden 82 g Borsäure, 212 g Slatriummetasilikat-5-Hydrat
und 80 g Aluminiumhydroxid gemischt und im geschlossenen Gefäß auf 200°C erwärmt.
Auf diese Weise wurde ein borsäurehaltiges Alkali-Aluminiumoilikat in der Zusammensetzung
mHe2O.Al2O3.nSiO2.pH2O + qH3B03 erhalten. Die Bedingungen für das Entstehen dieses
Umwandlungsproduktes sind das durch den Zusatz von Borsäure eingestellte, bestimmte
alkalische Milieu, die Reaktionstemperatur im Gefäß und der VJasserdampfüberdruck.
Das erhaltene Umwandlungsprodukt, das in Golform vorlag, wurde dann bei 2000C getrocknet
und staubfein gemahlen.
-
Ähnliche Umwandlungaprodukte können erzielt werden, wenn im Beispiel
3 anstelle von Basalt ein ägirinreiches Gesteinsmaterial oder ein anderes, leicht
schmelzbares silikatisches Material eingesetzt wird.
-
Die Verwendung solcher Umwandlungsprodukte bei der Herstellung von
porösen Formkörpern aus Kalkmörtel
erhöht die Bindefähigkeit der
t.örtelmiscllungen und steigert iifolgedessen die Druckfestigkeit der aus solchen
Kalkmörtelmischungen hergestellten Formkörper.
-
Der Erhärtungsprozeß der Kalkmörtelmischungen wird selbst dann noch
erheblich beschleunigt, wenn die Zugaben des Umwandlungsproduktes, bezogen auf den
Kalkanteil der Kalkmörtelmischung, nur 2 bis i,o betragen. beine weitere Erhöhung
des Anteils am Umwandlungsprodukt bis auf 1o' des Kalkanteiles ergibt eine noch
stärkere -Beschleunigung.
-
Im folgenden werden einige Beispiele für die itnwendung von Umwandiungsprodukten
angegeben, die nach den Beispielen 1 bis 3 hergestellt sein können.
-
Beispiel 4 Es wurden 300 g Sand, 150 g gebrannter Kalk und 10 g.
-
silikatisches Umwandlungsprodukt zur Herstellung eines Kalkmörtels
miteinander vermischt und dann mit Wasser abgelöscht. Der so erhaltene Kalkmörtel
wurde in Ziegelform gepreßt und dann in einem geschlossenen IIartungskessel zwei
bis fünf Stunden der Einwirkung von überhitztem Hasserdampf bei 8 at ausgesetzt.
Das Ergebnis waren poröse Formkörper hoher Druckfestigkeit.
-
Beispiel 5 Der nach Beispiel 4 hergestellte, abgelöschte Kalkmörtel
wurde in Formwagen gegossen und darin nach Beigabe von porenbildendem Aluminiumpulver
zum Auftreiben
gebracht. Die so erhaltene Masse wurde nach dem Eindicken
mit Stahldrahtsägen auf die gewünschten Formate geschnitten. Die so aufgeteilten
Formen wurden in IItirtekessel eingefahren und darin mit gespanntem Dnf bei 10 at
und 180°C gehärtet, wodurch die Formkörper ihre endgültige Festigkeit erhielten.
Die für diesen Verfahrensschritt üblicherweise benötigte Zeit von zehn bis zwölf
Stunden konnte durch die erfindungsgemäße Anwendung des Umwandlungsproduktes um
mehr als 5o' vermindert werden. Zugleich wurde noch eine erhebliche Steigerung der
Druckfestigkeit erzielt.
-
Beispiel 6 Es wurde eine Liörtelmischung aus 300 g Sand, 140 g Kalk,
30 g Portlandzement und 15 g des Umwandlungsprodukbes hergestellt. Diese Mörtelmischung
erhärtete an Luft innerhalb von 24 Stunden unter Bildung von Calziumhydrogensilikat.
-
Bei der Verwendung von Ilatriumsilikaten als Äusgangsprodukt entsteht
im Umwandlungsprodukt vorwiegend der Zeolith Na2Al2Si4O12.2H2O, der als der Kern
der Mörtelsubstanz zu betrachten ist. Durch Aufschluß mit viel Ca0 (25 Mol), wird
der Zeolith reaktionsfahig und spaltet beim Abbinden der Mörtels Ca Ca3(Al03)2 ab,
welches seinerseits bei der Hydratisierung fördernd auf die Gelbildung wirkt, bis
endlich aus den Gelen der Erhärtungsstadien Kristallnadeln aus Kalksilikaten verschiedenen
Wassergehaltes zur Abscheidung kommen. Das zeolithhaltige Umwandlungsprodukt gemäß
den Beispielen 1 bis 3 kann aus borsäurehaltigen Alkalialuminiumsilikatgelen hergestellt
werden.
-
Wird iii den Beispielen 1 und 2 das Natriummetasilikat durch eine
äquimolare Menge Calciumhydroxid Cta(OIi)2 ersetzt, so entsteht unter sonst gleichen
Bedingungen aus Calcium-Aluminiumsilikatgelen der unter dem Namen Wairakit bekannte,
dem Analcim analoge Zeolith CaAl2SiW012.
-
2H2O. Calciumzeolithe wie Wairakit haben in Kalkmörtelmischungen die
gleiche Wirkung wie Analcim und andere Natriumzeolithe und können wie diese in denselben
i;'iischungsverhältnissen als Mörtelzusütze zur besseren Erhärtung verwendet werden.
-
Insbesondere bei der Verwendung von Calciumzeolithen besteht die Möglichkeit,
im Falle der Dampfhärtung der aus dem Mörtel gebildeten Formkörper die Zeolithe
erst während der Dam"pfhärtung des Mörtels zu erzeugen anstatt sie vorweg herzustellen
und dann der Mörtelmischung zuzugeben. Dabei ist es zweckmäßig, die Bildungsbedingungen
für den Calziumzeolith mit den Erfordernissen der Mörtelmischung abzustimmen, weil
ein tberschuß an Kalk die Bildung und ein Unterschuß an Kalk den späteren Aufschluß
und die durch den Aufschluß des Zeoliths bedingte Reaktionsfähigkeit, welche die
Erhärtung der Mörtelmischung bewirkt, behindert. Optimale Bedingungen ergeben sich
bei einem Molverhältnis von Kalk zu Zeolith, das gemäß folgender Tabelle von der
Temperatur abhängig ist: Abhängigkeit des Molverhältnisses von Kalk zu Zeolith von
der Temperatur Molverhältnis Temperatur in OG 13 300 15 275 18 250 21 225 24 200
27,5 175 31,5 150
Geeignete isusgangsstoffe für die Erzeugung vori
Calcium-Zeolithen in Mörtelmichungen sind natürliche, aluminiumhaltige silikate
wie Basalt, Bytownit, Anortho3ito und alle plagioklasreichen Gesteine, die in bereclmeten
Mengen als feines Mehl den Kalk-Mörtelmischungen zugegeben werden. Sofern die verwendeten
Gesteinsmehle kein Aluminium enthalten, kann dieses wieder in Form von Aluminiumhydroxidgel
zugeführt werden. Das folgende Beispiel veranschaulicht die Bildung des Umwandlungsproduktes
während der Härtung des Mörtels.
-
Beispiel 7 Es wurden 500 g Basalt fein gemahlen und dann mit 82 g
Borsäure sorgfältig gemischt. Diese Mischung vrurde zu einer Trockenmischung aus
3000 g Sand und 1500 g gebranntem Kalk hinzugegeben. Die Gesamtmischung vurde dann
in wasser abgelöscht, so daß ein Kalkmörtel entstand. Dieser Kalkmörtel wurde in
Formwagen gegossen und nach Beigabe von porenbildendem Aluminiumpulver zum Auftreiben
gebracht. Nach dem Eindicken wurde die Lasse mit Stahldraht sägen auf die gewünschten
format geschnitten. Die so aufgeteilten Formen wurden in liartekessel eingefahren
und mit gespanntem Dampf bei 12 at und 1800C gehärtet, wodurch die Formkörper ihre
endgültige Festigkeit erhielten. Es wurde eine erhebliche Steigerung der Druckfestigkeit
gegenüber nach bekannten Verfahren hergestellten Formkörpern erzielt.