DE2934249C2

DE2934249C2 - Hitzebeständiger Gips

Info

Publication number: DE2934249C2
Application number: DE2934249A
Authority: DE
Inventors: Alain Montelimar Mathieu
Original assignee: Lafarge Sa Paris Fr; Lafarge SA
Current assignee: Lafarge Sa Paris Fr; Lafarge SA
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1985-06-05
Also published as: US4261757A; CA1120068A; FR2435447A1; FR2435447B1; JPS5537495A; ES484136A1; GB2029397B; GB2029397A; CH640808A5; NL7906616A; DE2934249A1

Description

Die Erfindung betrifft einen hitzebeständigen Gips aus einer Mischung von Calciumsulfat-Halbhydrat, mineralischen Fasern und Zuschlagstoffen.

M) Durch die DE-PS 84 144 ist es bekannt, einen feuerhemmenden Gips aus einer Mischung herzustellen, deren Gipsgehalt bei 75 Gew.-% und deren Fasergehalt (Steinwoll- und Glasfasern) bei 25 Gew.-% liegt. Die Steinwolle verleiht dem fertigen Gips eine feuerhemmende Wirkung und die Glaswolle die nötige mechanische Festigkeit. Unter dem Einfluß von hohen Temperaturen, etwa 600°C, behält das Gipsmaterial seine Festigkeit, da die unter diesen Bedingungen schmelzfiüssigen Glasfasern die Steinwollfasern untereinander verbinden.

Der Patentschrift ist aber keine Aussage darüber zu entnehmen, ob der bekannte Gips auch bei Temperaturen oberhalb von 1000°C noch die gewünschte Festigkeit aufweist. Die Temperatur von 1000⁰C ist deshalb so interessant, da durch den bei dieser Temperatur einsetzenden Zerfall des Anhydrits CaSO₄, normalerweise auch mit Faserzuschlagstoffen versehenes Gipsmaterial seine Dimensionsstabilität verliert und rissig wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hitzebeständigen Gips anzugeben, der selbst bei Temperaturen oberhalb 1000⁰C dimensionsstabil bleibt und feuerhemmende Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mischung im gebrannten Zustand einen tonerdehaltigen Zuschlagstoff mit einem Gehalt von mindestens 85 Gew.-% AI₂O, enthält, daß das AI₂O,/CaO-Verhältnis, das den Anteil von Calciumsulfat-Halbhydrat zum tonerdehaltigen Zuschlagstoff definiert, im Bereich zwischen 1,2 und 12 liegt, und daß der Fasergehalt in der Mischung 2 bis 25 Gew.-% beträgt.

In der DE-OS 21 65 221 ist zwar schon eine Spachtel-Putzmasse aus a-Calciumsulfat-Halbhydrat bekannt, die zur Verbesserung ihrer plastischen Eigenschaften und zur Vergrößerung der Versteifungsphase zusatz! ichjü-Calciumsulfat-Halbhydrat und Tonerdegel enthält. Bei dieser Gipsmischung erfolgt der Tonerdezusatz aber nicht, um die Hochtemperaturfestigkeit des Gipsmaterials zu verbessern. Die Anteile von Calciumsulfat und Tonerdegel in der Mischung ergeben lerner ein Al^/CaO-Verhältnis, das kleiner als 0,09 ist. Verbindungen wie CaO · 2 AI₂O; und CaO · 6 AI_:Oi, die bei der Hochtemperaturerhitzung der erfindungsgemäßen Mischung gebildet werden und für die Hitzebeständigkeit des Gipsmaterials wichtig sind, können mit den in der DE-OS 21 65 221 angegebenen Konzentrationen nicht erhalten werden.

Das erfindungsgemäße Material behält selbst bei Temperaturen von ca. 1400⁰C seine Dimensionsstabilität und erfährt keinerlei Veränderung seiner Eigenschaften. Es zeichnet sich ferner durch einen hervorragenden Widerstand gegen thermische Schocks und gegen die Auswirkungen plötzlicher Temperaturerhöhungen aus. Die Feuer- bzw. Hitzebeständigkeitseigenschaften des erfindungsgemäßen Gipses macht ihn für die Anwendung im Bauwesen besonders geeignet. Der Gips kann zum Wandschutz, zum Schutz von Metallprofilen, sowie zur Herstellung von Bauplatten usw. dienen.

Der erfindungsgemäue Gips besteht aus CaSO₄ · - H_:O, einem aluminiumhaltigem Zuschlagstoff und mineralischen Fasern. Hinsichtlich des Formens und des Aufspritzverfahrens kann der Gips in ähnlicher Weise wie bekannte Gipssorten verwendet werden. _Der tonerdehaltige Zuschlagstoff bewirkt bei Temperaturen bis 1400⁰C die Bildung von beständigem C₄A₃S. Wenn ein Tonerdeüberschuß vorliegt und die Temperatur 1400⁰C übersteigt, verflüchtigt sich SO₃, wobei sich feuchtigkeitsbeständiges CA₂ und CA₆ bildet. Die Formel C₄A₃S bezeichnet anhydrisches Calciumsulfoaluminat (4 CaO · 3 Al₂O₃ ■ SO₃); CA₂ bezeichnet Calcium-Dialuminat (CaO · 2 AI₃O₃) und CA₍, bezeichnet Calcium-Hexaluminat (CaO · 6 AI₂O₃).

Die Fasern dienen dazu, die Struktur des Gipses zu verstärken und Rißbildung zu verhüten, wobei der Faseranteil etwa 2 bis 15% betragen kann.

Der tonerdehaltige Zuschlagstoff kann aus Tonerde, aus Bauxit oder aus einem Tonerde-Bauxit-Gemisch bestehen. Vorzugsweise beträgt beim erfindungsgemäßen Gips das Al₂O₃/CaO-VerhäItnis etwa 1,2 bis 12 (gewichtsmäßig); in einer bevorzugten Ausführungsforni liegt dieses Verhältnis etwa zwischen 2,5 und 5.

Vorzugsweise verwendet man zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gipses ein feingemahlenes Calciumsulfat, dessen im Sieb abgesonderter Anteil bei 100-Mikron-Maschen nicht mehr als 25% beträgt. Beispielsweise verwendet man Calciumsulfat-Halbhydrat C oder Calciumsulfat-Halbhydrat B, d. h. eine Substanz, deren mit Hilfe eines Lasers bestimmte granulometrische Eigenschaften den in der nachstehenden Tafel A verzeichneten Weiten entsprechen.

Tafel A

Granulometrische Eigenschaften Durchlaß durch

2:xm 4 um 8 um 16 um 32 um 64 um 100 ., Maschensieb

C 6 14 24 36 53 77 97

B 9 20 32 45 59 80 98

Das verwendete Calciumsulfat kann ebenfalls ein unter dem Namen »Phosphogips« bekanntes, bei der Phosphorsäureherstellung anfallendes Nebenprodukt sein.

Der tonerdehaltige Zuschlagstoff kann aus jeglichem tonerdehaltigen Material bestehen, das nach dem Brennen des betreffenden Stoffes einen Tonerdegehalt von mehr als 80% aufweist; man kann insbesondere A-Tonerde und/oder feingemahlenen weißen Bauxit mit einer spezifischen Blaine-Oberfiäche von 6000 cnr/g verwenden, von dem ein Sieb mit Maschen von 100 Mikron weniger als 10% absondert.

Die in bezug auf das Gewicht der Mischung 2 bis 15%, vorzugsweise 4 bis 6% ausmachenden Fasern, sind siliciumhaltige, silicium- und tonerdehaltige oder tonerdehaltige Fasern, wie sie üblicherweise im Bauwesen und bei feuerfesten Materialien verwendet werden. Man kann jedoch auch silicium- und calciumhaltige Fasern verwenden.

Beispielsweise werden nachstehend mehrere Fasersorten aufgeführt, die vorteilhaft bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Gipsmischung eingesetzt werüen können: FIBRAL (Handelsbezeichnung), SAFFIL, KER-LANE, SEMI-FIL und STRATIFIL.

Der erfindungsgemäße Gips wird vorzugsweise durch Eintragen der betreffenden Bestandteile:

- entweder direkt in Flockenform während des Mischens, oder

- nach dem Dekatieren bzw. Deletieren der trockenen Mischung zubereitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Beispiele näher erläutert.

In der Beschreibung, sowie in den Patentansprüchen sind die Stoflanteile - außer wenn ausdrücklich anders vermerkt - in Gewichtsanteilen bzw. Gewichtsprozenten angegeben.

Beispiel 1
Gips wird aus folgenden Bestandteilen hergestellt

- 40,27% Calciumsulfat B,

54,97% feingemahlene Tonerde B (6000 cm^:/g spezifische Blainc-Oberfläche),

- 4,76% loi.e KERLANE Mineralfasern folgender Zusammensetzung (in Gewichtsanteilen):

folglich ein Verhältnis
von Al₂O,/CaO = 3,40

100% f-o

SiO₂	2,89
AI₂O,	57,04
CaO	16,74
SO,	22,83
TiO₂	0,20
Fe₂O,	0,10
Alkalische	0,20
Substanzen

W B 249

Tafel 1

4 h*) 24 h*) 110°(: 600⁰C 1000°C !200⁰C 1400⁰C

l^: C F C P. C F C F C F C F C

Mechanische 27 30 29 15 27 28 22 25 13 20 13 20 18 30

Festigkeitswerte . \

_|0 1,39 , ·. 1,45 1,39 1,28 1,11

Nachträgliche Ab- -0,65 -0,90 -0,65 +1,25

messungsänderung, %

Porosität 57,05 55,05 58,50 67 66,88

*) Nach Trocknen bei 40-50⁰C ermittelt.

Dieser Gips weist nach dem Mischen in einer herkömmlichen Vorrichtung unter Zusatz von 37% Wasser (E/P = 0,37) und von 0,1% eines herkömmlichen Gipsverflüssigers, z. B. eines proteinischen Hydrolysats vom Typ RETARDAM (Handelsübliche Bezeichnung) die in Tafel I verzeichneten Eigenschaften auf. "■$ Im allgemeinen stellt man fest, daß die mechanischen Eigenschaften sich nicht merklich in Abhängigkeit von \ derTemperaturändern. Das auf diese Weise hergestellte Material ist ein Isoliermaterial (Porosität > 50%). Seine Wärmeleitfähigkeit liegt zwischen 0,29 und 0,35 (W · r/Γ' · K"'). Dies bedeutet, daß das Material mit bekannten ". Tsolierbetonsorten vergleichbar ist und bessere Eigenschaften besitzt als die sog. feuerfesten Gipssorten.

' Setzungsversuche mit einer Belastung von 0,5 bar zeigen eine Setzung von 4 bis 5% bei einer Temperatur von ²- ca. 1400⁰C, während die gleiche Belastungsprobe für die obengenannte Gipssorte B allein zu einer Setzung bei 950⁰C rührt.

Nach Feuerfestigkeitsproben zeigen Platten von 54 x 27 X 4 cm keinerlei Schaden. Bei diesen Proben werden die Platten vor die Öffnung eines Gasofens gebracht.

F i g. 1 und 2 sind graphische Darstellungen, die auf der Abszisse die Zeit (in Stunden) und auf der Ordinate die ■'° Temperatur wiedergeben. Kurve 1 zeigt den Temperaturverlauf auf der der Flamme ausgesetzten Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit, während die Kurve 2 den Temperaturverlauf auf der entgegengesetzten Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.

Fig. 1 betrifft 4 cm starke Gipsplatten gemäß Beispiel 1 und F ig. 2 betrifft 4 cm starke Gipsplatten gemäß Beispiel 12.

Aus Fig. 1 ist folgendes ersichtlich:

die Temperatur von 140°C wird bei 4 cm starken Platten auf der der Flamme abgewendeten Oberfläche nach 90 Minuten erreicht,
- selbst wenn die Temperatur auider heißen Plattenoberfläche den Wert von 1400⁰C erreicht, tritt keinerlei Beschädigung der Platte auf;

- wenn die Temperatur 30 Minuten lang auf einem Wert von 1400⁰C gehalten wird, erreicht die der Flamme abgewendete Oberfläche eine Temperatur von 350⁰C.

Feuerfestigkeitsproben mit Gips ohne Faserzusatz führen zu Rißbildung infolge ungleichmäßiger Ausdehnung. Diese Versuche rechtfertigen somit die Verwendung der Fasern.

Beispiele 2 bis 6

" I

Man stellt gemäß des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens Mischungen mit der in Tafel II verzeichneten | Zusammensetzung her. W

.. Tafel Il I

^ t

Zusammensetzung der Mischung Beispiel

2 3 4 5 6 f

Calciumsulfat 41,46 35,96 41,46 40,22 35,96

Tonerde (6000 cnr/g Blaine) 56,54 49,04 0 0 0

Weißer Bauxit (6000 cnr/g Blaine) 0 0 56,54 54,87 49,04

Fasern 2 15 2 4,91 15 %

f:

Die in Beispiel 2 bis 6 verwendeten Fasern sind silicium- und tonerdehaltige Fasern, die unter der Handelsbe- |

zeichnung KERLANE vertrieben werden. f

Die Mischungen !gemäß Beispiel 2 bis 6 besitzen die in Tafel III aufgezeigte chemische Zusammensetzung. J'

Tafel III

Nr.	Zusammensetzung	A	F	SiO	AI₂O₃	CaO	SO₃	A/C
	P	41,18	4,90
7	53,92	77,98	4,90	3.14	44,07	22,44	30,35	1,96
8	17,12	32,86	4,90	2,70	79,93	7,12	10,25	11,23
9	62,24		3,21	35,67	25,72	35,40	1,38

SiO₂ AI₂O₃ CaO SO₃ TiO₂ Te₂O₃

Beispiel 2 1,51 57,68 17,25 23,56 - - 5

Beispiel 3 8,03 56,45 14,96 20,56

Beispiel 4 4,99 51,22 17,25 23,56 2,23 0,75

Beispiel 5 6,41 51,20 16,73 22,83 2,16 0,67

Beispiel 6 11,05 50,85 14,96 20,56 1,93 0,65 '°

Die gemäß Beispiel 2 bis 6 hergestellten und untersuchten Mischungen besitzen ein Al₂O₃/CaO Verhältnis von ca. 3 bis 4.

Beispiele 7 bis 9

Man verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, wobei man Mischungen der in Tafel IV aufgerührten Zusammensetzung mit einem A/C Verhältnis von etwa 2 bis 12 verwendet.

Tafel IV ²⁰

P: Vorgenannter Gips B
A: Auf 6000 cm²/g feingemahlene a-Tonerde
F: Kerlane¹⁵ = Fasern (silicium- und tonerdehaltig)

Die gemäß Beispiel 7 bis 9 erzielten Materialien verhalten sich ähnlich wie die Materialien, deren Zusammen- 35 Setzung den Beispielen 1 bis 6 entspricht.

Beispiel 10

Es wird entsprechend Beispiel 1 verfahren, jedoch werden die Kerlane ^-Fasern durch silicium- und calcium- ^o haltige Fasern ersetzt, wie sie üblicherweise im Bauwesen verwendet werden.

Auf diese Weise wird ein Material erzeugt, das bei einer Temperatur von 1100⁰C eine bedeutend bessere Feuerfestigkeit als bekannte Gipssorten besitzt. Jedoch kann mit diesem Material, im Gegensatz zu den vorstehenden Beispielen eine Temperatur von 1400⁰C nicht erreicht werden.

45 Beispiel 11

Gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird ein Gips folgender Zusammensetzung hergestellt:

- 40,27% Calciumsulfat B, 50

- 54,97% feingemahlene Tonerde (spezifische Blaine-Oberfläche: 6000 cnr/g),

- 4,76% tonerdehaltige mineralische Fasern, Handelsbezeichnung FIBRAL,

mit nachstehender Zusammensetzung:

55 SiO₂: 1,20; AI₂O₃: 59,19; CaO: 16,76; SO₃: 22,65; alkalische Substanzen: 0,2.

Infolge der Anwesenheit der mineralischen Fasern erzielt man Ergebnisse, die denjenigen gemäß Beispiel 1 entsprechen. Die Fasern sind jedoch wesentlich teurer als die im Beispiel 1 verwendeten silicium- und tonerdehaltigen KERLANE® = Fasern, was einen erheblichen Einfluß auf den Geslellungspreis des fertigen Materials 60 hat.

Beispiel 12

Unter Verwendung des gemäß Beispiel 1 hergestellten Gipses wird ein Schaumgips folgender Zusammensetzung erzeugt: 65

- 40,27% semihydratiertes Calciumsulfat des Typs C;

- 54,97% feingemahlene Tonerde der Sorte A mit einer spezifischen Blaine-Oberfläche von 6000 cm²/g.

4,76% KERLANE" = Fasern,
nach Zusatz von Schaum, der:

5 - 800 cm³ Wasser und

20 cm³ MILLIFOAM ^β

enthält und in einer Höhe von 20 cm gebildet wird.

Das Verhältnis Wasser/Gips (W/G) beträgt 0,55.

10 Dieser Schaumgips erträgt Temperaturen bis zu 1400⁰C und besitzt Eigenschaften, die denjenigen der handelsüblichen feuerfesten Gipssorten entsprechen. Seine Wärmeleitzahl (W ■ m~' · K~') liegt zwischen 0,17 und 0,23.

Tafel V

15

Beispiel 11 24 h 600⁰C 1000⁰C 1400⁰C

Dichte 0,989 0,880 0,928 0,657

20 Porosität 64,40 71,10 71,20 79,70

Nachträgliche Ab- - -0,81 -1,34 -0,4

messungsänderung, %

Der auf diese Weise erzeugte Schaumgips besitzt hervorragende Isoliereigenschaften, wie durch Feuerfestig-25 keitsproben belegt ist (Fig. 2).

Nachstehend sind noch die Analysenergebnisse verwendeten Fasern angeführt:

Tafel VI
³⁰ SiO₂ AhO., CaO Fc,O., Alkali MgO ZrO₂

0,30 0,10

35 SEMFlL 60,80 4,60 3,60 - 14,20 16,8

1,50 0,60 5,0

KERLANE	50,60	48,50	0,20
FIBRAL	14,80	85,10	-
SEMFlL	60,80	4,60	3,60
Si-Tonerde-Fasern	42,70	11,40	38,80

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

Claims

Patentansprüche:

1. Hitzebeständiger Gips aus einer Mischung von Calciumsulfat-Halbhydrat, mineralischen Fasern und Zuschlagstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung im gebrannten Zustand einen tonerdehaltigen Zuschlagstoff mit einem Gehalt von mindestens 85 Gew.-% Al₃Oj enthält, daß als AliOj/CaO-Verhältnis. das des Anteil von Calciumsulfat-Halbhydrat zum tonerdehaltigen Zuschlagstoff definiert, im Bereich zwischen 1.2 und 12 liegt, und daß der Fasergehalt in der Mischung 2 bis 25 Gew.-% beträgt.

2. Hitzebeständiger Gips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das AI₂O₃/CaO-Verhältnis in der Mischung zwischen 2,5 und 5 liegt.

3. Hitzebeständiger Gips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des tonerdehaltigen Zuschlagstoffes derart gewählt ist, daß beim Sieben durch ein Sieb mit 100 am Maschenweite nicht mehr als 10% ausgeschieden werden.

4. Hitzebeständiger Gips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Calciumsulfates derart gewählt ist, daß beim Sieben durch ein Sieb mit 100 um Maschenweite nicht mehr als 25% ausgeschieden werden.

5. Hitzebeständiger Gips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasergehalt der Mischung 4-6 Gew.-% beträgt.

6. Hitzebeständiger Gips nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung einer Hitzebeständigkeit bis 1400°C siliciumhallige, silicium- und tonerdehaltige odertonerdehaltige Fasern verwendet werden.

7. Hitzebeständiger Gips nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung einer Hitzebeständigkeit bis HOO⁰C silicium- und calciumhaltige Fasern verwendet werden.

8. Hitzebeständiger Gips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung ein Schaummittel enthält.