DE4135144A1 - Verfahren zur erzeugung von faserverstaerkten abgebundenen leichtgewichtserzeugnissen auf schlacke/gips/zement-basis - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des faserverstärkten Schlacke/Gips/Zements und insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Erzeugung von faserverstärkten abgebundenen bzw. erstarrten Leichtgewichtserzeugnissen oder -produkten auf Schlacke/Gips/Zement-Basis, welche als Außen- und Innenwandmaterialien von Gebäuden nützlich sind und die eine gute Wasserfestigkeit, Dauerhaftigkeit und Feuerfestigkeit aufweisen.

Beschreibung des Standes der Technik

Bisher bekannte Leichbaumaterialien umfassen Gipsbaumaterialien, wobei Gipskartonmaterialien typisch sind, wobei das Abbinden bzw. Erstarren von Gipshemihydrat und wasserfreiem Gips ausgenutzt wird. Zusammengesetzte Gips/Schlacke- und Gips/Schlacke/Zement-Baumaterialien wurden nun auf den Markt gebracht. Darüber hinaus wurden schnellabbindende Zementzusammensetzungen bestehend aus Portlandzement, Aluminiumoxidzement, Gips und Kalk vorgeschlagen. Seit kurzem wird die Zusammensetzung verwendet, um Holzzementtafeln oder -platten zu machen. Außerdem sind Autoklaven-behandelte Leichtbaumaterialien bekannt, ein typisches davon ist ALC (Auoklavenbehandelter Leichtbeton).

Bei konventionellen Gipsbaumaterialien werden die Abbinde- bzw. Erstarrungs- und Härtungseigenschaften von Gipshemihydrat verwertet mit dem damit verbundenen Vorteil, daß sie innerhalb kurzer Zeit geformt und verarbeitet werden können. Jedoch ergibt sich, da das Gipsbaumaterial hauptsächlich aus Gips besteht, das Problem, daß die Wasserfestigkeit gering ist. Um die Wasserfestigkeit zu verbessern, werden gegenwärtig zusammengesetzte Gips/Schlacke- oder Gips/Schlacke/Zement- Baumaterialien im Handel angeboten. Jedoch wird, damit diese zusammengesetzten Baumaterialien innerhalb kurzer Zeit geformt und verarbeitet werden können, eine wesentliche Menge von Gipshemihydrat verwendet, was das Problem der Wasserbeständigkeit beläßt. Andererseits ist, wenn die Menge an Gipshemihydrat vermindert wird, das Formen und Verarbeiten innerhalb kurzer Zeit nicht möglich, obzwar das Problem der Wasserfestigkeit gelöst werden kann.

Die Verwendung von schnellhärtenden Zementzusammensetzungen bestehend aus Portlandzement, Tonerdezement, Gips und Kalk ermöglicht die Massenproduktion von Baumaterialien in kurzer Zeit mit einem hohen Grad an Unabhängigkeit in bezug auf Form und Dicke. Jedoch ist das aus den obigen vier Bestandteilen hergestellte Baumaterial insofern nachteilig, daß, falls die Mengen der vier Bestandteile nur geringfügig verändert werden, die Dimensionsstabilität gering wird oder die Langzeitdauerhaftigkeit verschlechtert wird. Zur kontinuierlichen Massenproduktion von üblichen Zementbauteilen wird ein Plattenerzeugungsverfahren angewandt oder ein Härten in einem Autoklaven ist notwendig. Bei dem erstgenannten Verfahren ist es schwierig, Baumaterialien herzustellen, deren Dicke 20 mm überschreitet. Im letzteren Fall sind Probleme eingeschlossen in dem Sinne, daß Standort bzw. Baustellenverarbeitung oder -bearbeitung wie Schneiden, Nageln und dergleichen, nicht gut sind mit hohen Kosten für die Apparatur.

In der japanischen Patentanmeldung 1-1 39 647 ist eine Methode zur Erzeugung eines neuen faserverstärkten abgebundenen Leichtgewichtsprodukts auf Schlacken/Gips/Zement-Basis vorgeschlagen. Jedoch wurde als Ergebnis weiterer Untersuchungen gefunden, daß das in der obigen Anmeldung beschriebene Baumaterial nicht befriedigend ist im Hinblick auf die Dimensionsstabilität bei Außenaufbringung und grobe Blasen (mit einem Durchmesser von nicht kleiner als 1 mm) ergeben sich während des Knetens und Formens der Schlämme.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wurde auf das Phänomen des Schnellabbindens und Härtens bei normalen Temperaturen einer Zusammensetzung aus Portlandzement, Calciumaluminat, Gips, Kalk und einem feinen Pulver von Schlacke geachtet. Zum Zwecke der Verbesserung der Dimensionsstabilität und der Dauerhaftigkeit des abgebundenen Erzeugnisses oder Produkts der Zusammensetzung wurde eine große Anzahl von Versuchen durchgeführt, wobei zahlreiche und umfangreiche Aggregate der Zusammensetzung zusammen mit Abbinderegulatoren, Schäumen und verstärkenden Fasern zugesetzt werden. Darüber hinaus wurden zum Zwecke der Entfernung der groben Schäume, welche in die Zusammensetzung im Verlaufe des Knetens und Formens der Aufschlämmung hängen blieben, ausgiebige Untersuchungen an einem Verfahren gemacht, wo die Aufschlämmung bzw. der Brei vibriert wurde und mit Druckluft eingespritzt wurde. Als Ergebnis wurde eine Methode zur Erzeugung eines faserverstärkten abgebundenen Schlacke/Gips/Zement- Leichtgewichts-Bauerzeugnisses oder -produkts erarbeitet.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, welches umfaßt die Zugabe von 5 bis 140 Gewichtsteilen (Gew.-Teilen) von Aggregaten mit einer maximalen Größe von nicht größer als 2000 Mikrometer (µm) zu 100 Gew.-Teilen eines Gemisches, das 100 Gew.-Teile Portlandzement von 20 bis 350 Gew.-Teilen feines Schlackenpulver, von 0 bis 20 Gew.-Teilen Kalk, und von 20 bis 100 Gew.-Teilen Calciumaluminat und feines Gipspulver insgesamt enthält, vorausgesetzt, daß ein Gewichtsverhältnis von Gipsfeinpulver und dem Calciumaluminat in dem Bereich von 0,5 bis 2,0 : 1 liegt, weitere Zugabe von 0,01 bis 1,5 Gew.-Teile eines Abbinderegulators zu dem Gemisch, Mischwasser, Schäume und mit dem Gemisch verstärkende Fasern, um einen Brei zu erhalten, Formen des Breis, Entfernen des geformten Produkts und Härten des entfernten Produkts mit Dampf.

Das feine Schlackenpulver ist ein solches, das durch Vermahlen und Klassieren einer granulierten Hochofenschlacke erhalten wird, die durch eine Feinheit charakterisiert ist, die im Bereich von 6000 bis 12 000 cm²/g, ausgedrückt als Blaine's spezifische Oberfläche.

Das Calciumaluminat kann sein CaO · Al₂O₃, CaO · 2 Al₂O₃, 3 CaO · Al₂O₃, 12 CaO · 7 Al₂O₃, 11 CaO · 7 Al₂O₃ · CaF₂ oder Mischungen davon und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt dieser Substanzen nicht weniger als 50% sein soll.

Das feine Gipspulver ist dadurch gekennzeichnet, daß die Feinheit nicht geringer als 2500 cm²/g, ausgedrückt als Blaine's spezifische Oberfläche, sein soll und ein Übergrößenrest von 88 µm Sieb nicht größer als 0,5% ist.

Um den Brei zu formen, wird der Brei bei einer Frequenz von 100 bis 10 000 V.P.M. vibriert.

Wenn der Brei geformt wird, wird Druckluft gegen den Brei geblasen.

Der Brei wird 3 bis 60 Minuten nach dem Formen abgebunden und gehärtet und kann sofort aus der Form entfernt und be- bzw. verarbeitet werden.

Die Dampfhärtungstemperatur ist nicht höher als 90°C und das Härten wird bei nicht weniger als 150°C × Stunde durchgeführt.

Der Ausdruck "150°C × Stunde" bedeutet, daß das Produkt aus Temperatur und Zeit den Wert 150 in der Einheit °C × Stunde beträgt.

Wenn die Dampfhärtungstemperatur beispielsweise 50°C ist (nicht höher als 90°C), so ist die Dampfhärtungszeit mehr als 3 Stunden (50 × 3 = 150). Weiterhin ist die Dampfhärtungszeit mehr als 2,5 Stunden, wenn die Dampfhärtungstemperatur 60°C beträgt (60 × 2,5 = 150). In jedem Fall ist die Dampfhärtungstemperatur unter 90°C. Das Ausmaß der Reife eines Härtungsprodukts soll hierdurch ausgedrückt werden.

Das gehärtete Produkt hat eine luftgetrocknete Dichte bzw. ein spezifisches Gewicht von 0,4 bis 1,5.

Die schnellhärtende Zementzusammensetzung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein wasserhärtendes Material, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: 100 Gew.-Teile Portlandzement, von 20 bis 350 Gew.-Teile feines Schlackenpulver, von 0 bis 20 Gew.-Teile Kalk, und von 20 bis 100 Gew.-Teile Calciumaluminat und feines Gipspulver insgesamt, vorausgesetzt, daß das Gewichtsverhältnis des feinen Gipspulvers und Calciumaluminat in dem Bereich von 0,5 bis 2,0 : 1 beträgt, wozu 0,01 bis 1,5 Gew.-Teile eines Abbinderegulators zugesetzt wird.

Der Abbinderegulator kann Oxycarbonsäure sein wie Zitronensäure, Hydroxybernsteinsäure bzw. Äpfelsäure, Glukonsäure, 2-Ketoglukonsäure und dergleichen sowie Salze davon. Von diesen sind Glukonsäure oder ihre Salze bevorzugt. Der Abbinderegulator kann nach dem Kneten des Breis zugesetzt werden oder kann durch Vormischung mit der Zementzusammensetzung verwendet werden. Falls notwendig, können wasservermindernde Mittel (Superplastifizierer) wie Lignin, Melamin oder Napthalinverbindungen verwendet werden.

In der schnellhärtenden Zementzusammensetzung gemäß der Erfindung soll die Gesamtheit von Calciumaluminat und feinem Gipspulver pro 100 Gew.-Teile des Portlandzements in dem Bereich von 20 bis 100 Gew.-Teilen, vorzugsweise von 40 bis 80 Gew.-Teilen liegen, das Gewichtsverhältnis des feinen Gipspulvers und Calciumaluminats ist in dem Bereich von 0,5 bis 2,0 : 1. Wen die Gesamtmenge des Calciumaluminats und feinem Gipspulver 100 Gew.-Teile überschreitet, wird Ettringit im Überschuß gebildet mit der Möglichkeit des Brechens durch Ausdehnung zusammen mit hohen Produktionskosten. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Gesamtmenge weniger als 20 Gew.-Teile ist, die Schnellhärtungseigenschaft gering. Der Grund, warum das Gewichtsverhältnis des feinen Gipspulvers und des Calciumaluminats in dem Bereich von 0,5 bis 2,0 : 1 liegt, ist der, daß, wenn das Gewichtsverhältnis weniger als 0,5 ist, die Entwicklung der Festigkeit nicht merklich ist, während wenn das Gewichtsverhältnis über 2,0 ist, Ettringit im Überschuß gebildet wird mit der Möglichkeit des Brechens durch Ausdehnung. Wenn das Gewichtsverhältnis des feinen Gipspulvers und Calciumaluminats in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 : 1 ist, wird die Schnellhärtungseigenschaft entwickelt, während geringe Schrumpfung einbezogen ist, oder Ausdehnung wird in einem solchen Maße unterdrückt, daß sie die Festigkeit nicht nachteilig beeinflußt.

Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Calciumaluminat umfaßt, abgesehen von Tonerdezement, im Augenblick im Handel verkaufte Calciumaluminatmineralien, sei es amorph oder kristallin. Wenn handelsübliche Produkte, bestehend aus Calciumaluminat und wasserfreiem Gips, verwendet werden, können diese in den in der vorliegenden Erfindung definierten Bereichen verwendet werden.

Der in der Erfindung verwendete Gips kann wasserfreier Gips sein, Gipshemihydrat, Gipsdihydrat oder Mischungen davon. Diese können entweder Naturgips oder Nebenprodukte sein. Wenn die Feinheit des Gipses grob ist, verschlechtert sich die Eigenschaft des Schnellhärtens und die Entwicklung der Festigkeit und der Gips kann als unreagierter Gips verbleiben, wodurch geringe Dimensionsstabilität hervorgerufen und Dehnungsriß entwickelt werden kann. Um dies zu vermeiden, soll die Feinheit des Gipsfeinpulvers nicht weniger als 2 500 cm²/g, ausgedrückt als Blaine's spezifische Oberfläche, vorzugsweise nicht weniger als 6000 g cm²/g sein, und der 88 µm Mesh Rückstand ist nicht größer als 0,5%.

Zum Zwecke der Verkürzung der Abbindezeit eines Breis, hergestellt aus einer Dreikomponenten-Zusammensetzung, die eine Kombination von Portlandzement, Calciumaluminat und Gipsfeinpulver enthält, kann zu dieser Dreikomponenten-Zusammensetzung weiterhin Kalk zugesetzt werden. Besonders zur Winterzeit, wenn die Außentemperatur niedrig ist, ist es notwendigerweise erforderlich, Kalk in der Kombination zu verwenden. Während der Sommerzeit, in der die Außentemperatur hoch ist, ist es nicht notwendig, Kalk in der Kombination zu verwenden. Um die Abbindezeit zu verlängern, wird vorzugsweise ein Abbinderegulator wie Zitronensäure zugesetzt, um die Abbindezeit und die Abbindefestigkeit zu steuern.

Infolgedessen ist die Menge an Kalk pro 100 Gew.-Teile Portlandzement in dem Bereich von 0 bis 20 Gew.-Teile. Gelöschter Kalk und ungelöschter Kalk können beide als Kalk verwendet werden.

Die Vierkomponenten-Zusammensetzung von Portlandzement, Calciumaluminat, Gipsfeinpulver und Kalk ist nicht befriedigend im Hinblick auf die Langzeitbeständigkeit nach dem Dampfhärten. Es wurde gefunden, daß, wenn feines Schlackenpulver weiterhin zu der Zusammensetzung gegeben wird, die Festigkeit nach Entfernung aus der Form steigt und die Festigkeit nach dem Dampfhärten und die Langzeitbeständigkeit, welche für ein Baumaterial notwendig ist, gesichert wird.

Das bei der vorliegenden Erfindung nützliche Schlackenfeinpulver ist beispielsweise ein Schlackenfeinpulver, wie es in der japanischen Patentanmeldung Nr. 59-2 61 083 Veröffentlichungs-Nr. 61-1 41 647) vorgeschlagen ist und ist eines mit einer Blaine's spezifischen Oberfläche von 6000 bis 12 000 cm²/g, erhalten durch Klassierung eines gewöhnlichen Schlackenpulvers mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von etwa 4000 cm²/g. Die Verwendung eines gewöhnlichen Schlackenpulvers zeigt eine kleine Steigerung der Festigkeit nach der Dampfhärtung. Mit dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Schlackenfeinpulver sichert die Verwendung des Schlackenfeinpulvers in einer Menge von 20 bis 350 Gew.-Teilen per 100 Gew.-Teile Portlandzement eine bedeutende Steigerung der Festigkeit durch Dampfhärtung mit hoher Festigkeit nach der Dampfhärtung.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Aggregate sind solche mit einer maximalen Größe von nicht größer als 2000 µm und die entweder anorganischer oder organischer Natur sind. Wenn Aggregate, die eine maximale Größe über 2000 µm haben, verwendet werden, sind Verstärkungsfasern von der Befestigung mit der Zementmatrix gehindert. Dies bringt nicht nur einen geringen Effekt der Steigerung der Bindungskraft durch Zusatz von Verstärkungsfasern, sondern auch die Notwendigkeit der Erhöhung der Menge der Verstärkungsfasern mit sich. Dies führt gegebenenfalls zu einer Erniedrigung der Fluidität des entstandenen Breis, was ihn schwer zu formen macht. Die Menge der Aggregate ist im Bereich von 5 bis 100 Gew.-Teilen, vorzugsweise von 10 bis 80 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile einer Fünfkomponenten- Mischung, bestehend aus Portlandzement, Calciumaluminat, Gips, Kalk und Schlackenfeinpulver. Die anorganischen Aggregate schließen beispielsweise ein künstliches, geschäumtes Leichtaggregat wie die unter den Handelsnamen Mesalite, Siruskugeln, Perlit bekannten und dergleichen, das natürliche Leichtaggregat "BIOTITE RHYOLITE LAVA (KOUKASEKI)", Kalkstein, Flugasche, Schlacke, Zeolith und dergleichen. Die organischen Aggregate umfassen beispielsweise Holzschnitzel bzw. Holzspäne, Zellstoff, Styrolschäume und dergleichen. Diese sind in den Beispielen in größerem Detail beschrieben.

Die chemische Zusammensetzung der erwähnten Aggregate ist in etwa die folgende:

Die Formungs- und Härtungsverfahren eines erfindungsgemäßen Breis werden beschrieben. Der Formungsprozeß kann irgendein bekanntes Verfahren, ausgenommen für ein Blattherstellungsverfahren, sein und ist nicht kritisch. Beispielsweise kann es ein Gießverfahren, Formpreßverfahren und ein Strangpreßverfahren sein.

Bei jedem Formungsverfahren, das bei der Durchführung der Erfindung verwendet wird, liegen die Merkmale darin, daß eine geknetete Aufschlämmung bzw. ein gekneteter Brei bei einer Frequenz von 100 bis 10 000 V.P.M. (Vibrationen pro Minute) vibriert wird, so daß grobe Blasen, die sich während des Knetens verfangen, entfernt werden, und der Brei hochfluid gemacht wird. Ein anderes Merkmal ist, daß die groben Blasen, welche durch die Vibrationen hochgetrieben werden, durch Einblasen von Preßluft entfernt werden. Die Temperatur der Preßluft kann normale Temperatur sein und Heißluft mit einer Temperatur von 40 bis 60°C wird vorzugsweise verwendet. Weitere Details sind in den Beispielen angegeben. Die Wassermenge in dem Brei hängt von der Art der Formung ab und sollte für die entsprechenden Formungsverfahren geeigneterweise gewählt werden. Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Brei bindet ab und erhärtet innerhalb 3 bis 60 Minuten nach dem Formen und kann sofort entfernt und bearbeitet bzw. verarbeitet werden. Das gehärtete Produkt, das entfernt und innerhalb von 3 bis 60 Minuten nach dem Formen bearbeitet bzw. verarbeitet wird, wird bei Temperaturen von nicht höher als 90°C und nicht weniger als 150°C × Stunde gehärtet. Wenn die Dampfhärtungstemperatur 90°C übersteigt, wird Ettringit zersetzt. Mit dem Dampfhärten unterhalb von 150°C×Stunde wird Calciumsilikathydrat nicht in befriedigender Weise gebildet und es ergibt sich kein stark gehärtetes Produkt. Wenn die Umgebungstemperatur nicht niedriger als 10°C ist, kann ein gehärtetes Produkt durch natürliches Härten während einer langen Zeit erfolgen.

Die Einverleibung von Schäumen kann durch ein Vorschäumungsverfahren erfolgen, wobei Schäume vorher gebildet wurden oder ein Mischschäumungsverfahren, wobei ein Schäumungsmittel zur Zeit der Herstellung des Breis zugesetzt und der Brei geschäumt wird. Es kann irgendein im Handel zugängliches Schäumungsmittel bei der Durchführung der Erfindung ohne Begrenzung verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird jedoch erwähnt, daß Aluminiumpulver-anorganische Schäumungsmittel unerwünschterweise mit Gips reagieren und nicht günstig sind. Falls notwendig können Schaumstabilisatoren wie Carboxymethylcellulose (CMC), Polyvinylalkohol (PVA) und dergleichen verwendet werden.

Der Grund, warum Schäume einverleibt werden, besteht darin, daß nicht nur das gehärtete Produkt leichtgewichtig gemacht wird, sondern es wird auch erwartet, daß ein Expansionsdruck, wie er durch Bildung von Ettringit nach dem Härten verursacht wird, abgeschwächt wird, um das Auftreten eines Bruchs zu vermeiden. Es ist wichtig, daß die Menge an Schäumen, die in das Produkt einverleibt wird, derart bestimmt wird, daß eine Dichte (spezifisches Gewicht) eines luftgetrockneten gehärteten Produkts in dem Bereich von 0,4 bis 1,5 liegt. Wenn die spezifische Dichte bei Lufttrocknung über 1,5 liegt, geht die Eigenschaft eines Leichtbaumaterials verloren. Unter 0,4 hat das entstandene gehärtete Produkt eine niedrige Festigkeit und eine starke Adsorption.

Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Verstärkungsfasern können solche Fasern sein, welche eine hohe verstärkende Wirkung haben und umfassen beispielsweise synthetische Fasern, wovon typische sind: Vinylonfasern, Kohlenstoffasern, alkalibeständige Glasfasern, Steinwolle, Asbest und dergleichen.

Gemäß dem Verfahren der Herstellung eines gehärteten Leichtbauprodukts kann der Brei innerhalb kurzer Zeit abgebunden und gehärtet werden und kann unmittelbar aus einer Form entfernt werden. Anschließend wird der Formling einer gewöhnlichen Dampfhärtung unterworfen, um ein gehärtetes Leichtbauprodukt innerhalb kurzer Zeit zu erzeugen. So können Materialien für Außen- und Innenwände geschaffen werden, welche einen großen Spielraum in bezug auf Dicke, Formgebung und dergleichen haben und welche feuer- und wasserbeständig sind und eine hohe Dauerhaftigkeit besitzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die einzige Figur ist eine schematische Ansicht und zeigt eine Testanlage zum Testen einer Methode zur Entfernung der groben Blasen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Die in den Beispielen verwendeten Materialien und Abkürzungen hierfür sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Aus den chemischen Komponenten und der Röntgenstrahlenbeugungsanalyse wird in Betracht gezogen, daß die Mineralzusammensetzung von Denka ES etwa 49% amorphes Calciumaluminat, etwa 49% CaSO₄ und etwa 2% anderes enthält.

Beispiel 1

In Beispiel 1 wurden die Einflüsse der Formulierungen der schnellhärtenden Zementzusammensetzungen und die Menge der Zitronensäure auf die Abbinde- und Härtungseigenschaften der Breie geprüft. Neun schnellhärtende Zementzusammensetzungen, bezeichnet als Nr. 1 bis 9 in Tabelle 2, wurden von Hand bei einer Pulver-in-Wasser-Rate von 60% für 30 Sekunden geknetet, wonach ein Thermoelement sofort in den Brei eingeführt wurde. Eine Zeit unmittelbar nach der Beschickung mit Wasser, bevor die Temperatur anstieg, wurde als Abbindebeginnzeit gemessen. Zusätzlich wurden die entstandenen gehärteten Produkte beobachtet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 2

Tabelle 3

Die Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 1 hat eine sehr rasche Abbindebeginnzeit und schließt Sprünge und Fehlen der Härtung ein und kann deshalb nicht verwendet werden. Mit den Zusammensetzungen der Vergleichsbeispiele 2 und 3 gibt es kein Problem bei der Abbindebeginnzeit, jedoch werden Nachteile produziert, indem eine geringe Entwicklung der Festigkeit des gehärteten Produkts vorliegt oder Auftreten von Dehnungssprüngen. Demgemäß sind diese Zusammensetzungen nicht zur Verwendung bei der Herstellungsmethode von gehärteten Leichtbauprodukten gemäß der Erfindung geeignet.

Die Zusammensetzungen Nr. 4 bis 9 sind erfindungsgemäß und haben eine Abbindebeginnzeit in einem Bereich von etwa 17 bis 25 Minuten, was hinreichend ist, um eine reichliche Zeit vom Kneten bis zum Formen zu schaffen. Außerdem haben die gehärteten Produkte eine gute Festigkeit ohne irgendwelche Sprünge. Diese Zusammensetzungen sind für das Verfahren zur Herstellung von gehärtetem Leichtbauprodukt geeignet. Insbesondere zeigt der Vergleich zwischen Nr. 4 und Nr. 5, daß die Abbindebeginnzeit differiert in Abhängigkeit von der Temperatur des verwendeten Wassers, wobei im Maße wie die Wassertemperatur sinkt, die Abbindebeginnzeit länger ist. Mit Nr. 6, bei dem 5% gelöschter Kalk zugesetzt ist, ist die Abbindebeginnzeit im wesentlichen die gleiche wie bei Nr. 4, obwohl die Wassertemperatur so niedrig wie 8°C ist. Der Vergleich zwischen den Nr. 4 und Nr. 7 macht deutlich, daß die Abbindebeginnzeiten ähnlich sind und es ist bedeutsam, daß selbst wenn die Wassertemperaturen voneinander verschieden sind, es möglich wird, den gleichen Spiegel der Abbindebeginnzeit durch eine zusätzliche Menge Zitronensäure herbeizuführen. Daraus wird ersichtlich, daß wenn eine Umgebungstemperatur oder Wassertemperatur variiert, die Abbindebeginnzeit gut gesteuert werden kann durch Zusatz von gelöschtem Kalk in geeigneten Mengen und durch Änderung der Menge an Zitronensäure. Mit Nr. 8, wo 5% wasserfreier Gips zugesetzt ist, und Nr. 9, wo gelöschter Kalk und wasserfreier Gips mit jeweils 5% zugesetzt sind, sind die Abbindebeginnzeit und das Aussehen der gehärteten Produkte gut.

Beispiel 2

Im Beispiel 2 wird die Größe und Menge der Aggregate, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, untersucht.

Im Beispiel 2 wurde die schnellhärtende Zementzusammensetzung Nr. 4, welche gute Ergebnisse im Beispiel 1 zeigte, in 100 Gew.-Teilen verwendet, wozu 0,3 Gew.-Teile Zitronensäure, 1,0 Gew.-Teile eines wasserreduzierenden Mittels, 0,16 Gew.-Teile Schaumstabilisator, 1,8 Gew.-Teile Vinylonfasern, 5 bis 200 Gew.-Teile verschiedene Aggregate, und 70 bis 85 Gew.-Teile Wasser zugesetzt wurden. Danach wurden Schäume, die gemäß einer Vorschäume-Methode hergestellt waren, in geeigneten Mengen zugesetzt und anschließend wurde durchgemischt bzw. geknetet in einem Omuni-Mixer während 2 Minuten, um Breie zu erhalten. Jeder Brei oder Aufschlämmung wurde in eine Form mit einer Größe von 40 × 40 × 160 mm gegossen und nach etwa 40 Minuten aus der Form entfernt. Danach wurde das Produkt bei 70°C während 7 Stunden dampfgehärtet, um ein gehärtetes Leichtbauprodukt zu erhalten. Das gehärtete Leichtbauprodukt wurde bei 60°C während 24 Stunden getrocknet und der Messung von physikalischen Eigenschaften unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt.

Das Vergleichsbeispiel Nr. 1, worin kein Aggregat verwendet wird, hat eine gute spezifische Biegefestigkeit, es werden jedoch eine Vielzahl von Mikrorissen erzeugt, wenn das Produkt im Freien ausgesetzt wird. Mit Vergleichsbeispiel Nr. 2 (Perlite M2) und Nr. 3 und Nr. 4 (Mesalite M2,5), wobei jeweils Aggregate mit einer maximalen Größe von nicht weniger als 2000 µm verwendet werden, ist die Dimensionsänderung kleiner als im Vergleichsbeispiel 1 und die Mikrorisse bzw. -sprünge sind weniger, jedoch wird die spezifische Biegefestigkeit auf etwa die Hälfte derjenigen des Vergleichsbeispiels 1 herabgesetzt. Andererseits haben die Nr. 5 bis Nr. 17 gemäß der Erfindung, bei denen Aggregate mit einer maximalen Größe von nicht größer als 2000 µm verwendet werden, eine verminderte Erniedrigung der spezifischen Biegefestigkeit und das Auftreten von Mikrorissen oder -sprüngen ist unterdrückt. Insbesondere werden Perlite (M4) und Siruskugeln (BO₃), welche sehr leichtgewichtige Aggregate sind, in Mengen von höchstens etwa 10 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teilen der schnellhärtenden Zementzusammensetzung verwendet, im Hinblick auf Fluidität, Formbarkeit und Verarbeitbarkeit des entstandenen Breis. Mit Mesalite (MS1,2), das ein mittleres Leichtgewicht hat, sind die Mikrorisse zahlenmäßig erniedrigt in dem Maße wie die Menge ansteigt. Jedoch ist es im Hinblick auf den Grad der Erniedrigung der spezifischen Biegefestigkeit bevorzugt, daß die Menge nicht größer als 100 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile der schnellhärtenden Zementzusammensetzung ist. Die Nr. 12 bis 17, wo Flugasche (FA) und Füllstoff (FI), beide in Form von Pulvern, welche wenig Hydratationsreaktivität haben, verwendet wird, wird das Auftreten von Mikrorissen unterdrückt und nur einen kleinen Grad der Erniedrigung der spezifischen Biegefestigkeit wird erlaubt, wenn diese in Mengen von bis zu 140 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teilen der schnellhärtenden Zementzusammensetzung verwendet werden.

Aus den Ergebnissen der obigen Beispiele sollten die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Aggregate eine maximale Größe von nicht größer als 2000 µm haben und sollten in Mengen von 5 bis 140 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der schnellhärtenden Zementzusammensetzung verwendet werden.

Der Fluß ist ein Fluß, bestimmt nach der Methode JIS R5201, und ein Wert gemessen unmittelbar nach der Herstellung des Breis. (JIS R5201 zeigt physikalische Testmethoden für Zement. Es handelt sich um den japanischen Industriestandard "JIS" mit dem Code R5201 in diesem Standard; dies ist von "Nippon KIKAKU KYOKAI" veröffentlicht).

Die Dimensionsänderung ist eine prozentuale Änderung in der Länge eines gehärteten Produkts, das auf einen Wassergehalt von 40% eingestellt ist und in eine thermostatische Kammer bei einer relativen Feuchtigkeit von 60% und einer Temperatur von 20°C gegeben wurde, bis die Dimensionsänderung im Gleichgewicht ist.

Beispiel 3

Im Beispiel 3 wird eine Testanlage im Arbeitsmaßstab, wie in Fig. 1 gezeigt, angewandt, um Grobes oder grobe Blasen (mit einem Durchmesser von nicht kleiner als etwa 1 mm), die mitgerissen oder während des Knetens und Formens des Breis bei der Erzeugung einer Tafel oder einer Platte im Vollmaß sich verfangen haben oder mitgerissen wurden, zu entfernen. Die Testanlage umfaßt einen Trichter 1 zum Einspeisen eines Pulver/Faser-Gemisches, das erhalten wird durch Vormischen einer schnellhärtenden Zementzusammensetzung, Vinylonfasern und Aggregaten, eine kontinuierliche Wiege- und Einspeisungsvorrichtung 2, eine Schaummaschine 5, einen Tank 4 zum Einspeisen einer wäßrigen Lösung, die vorbestimmte Mengen eines Schaumstabilisators ein wasserreduzierendes Mittel und Zitronensäure enthält, einen Bolzenmischer 6, wo die Pulver/Faser-Mischung, eingespeist von einer Pulver/Faser-Ladepforte 6a, die wäßrige Lösung eingespeist von einer Ladepforte 6b für wäßrige Lösung und die Schäume eingespeist von einer Schaum-Ladepforte 6c verknetet werden, um kontinuierlich einen Brei herzustellen, ein Vibrator 7, mit dem der von dem Mischer 6 abgeführte Brei kontinuierlich gerüttelt wird, und eine Düse 8 zum Einblasen von Druckluft gegen den Brei. Die Stellungen, wo der Brei gerüttelt und die Druckluft eingeblasen wird, sind nicht auf diejenigen begrenzt, die in der einzigen Figur gezeigt sind, sondern können jede beliebige Position haben, wo die Wirkungen der Verbesserungen der Fluidität des Breis und der Entfernung der groben Blasen erwartet werden können. Die Formulierung der betreffenden Bestandteile, die im Beispiel 3 getestet werden, ist die gleiche wie diejenige von Nr. 15 im Beispiel 2. Insbesondere wurde ein Gemisch verwendet, das durch Vormischung von 1,8 Gew.-Teilen Vinylonfasern und 60 Gew.-Teilen eines Füllstoffes mit 100 Gew.-Teilen einer schnellhärtenden Zementzusammensetzung hergestellt war, anschließend Herstellung einer wäßrigen Lösung enthaltend einen Schaumstabilisator, ein wasserreduzierendes Mittel und Zitronensäure, wie in Beispiel 2 derart, daß Wasser in einer Menge von 75 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der schnellhärtenden Zementzusammensetzung verwendet wurde.

Unter diesen Bedingungen wurde der kontinuierlich geknetete und entladene Brei in eine Form mit einer Dicke von 30 mm, einer Breite von 900 mm und einer Länge von 1800 mm gegossen. Es wurden vier Platten nach verschiedenen Formungsverfahren erzeugt einschließlich eines Verfahrens, bei dem Rütteln auf den Brei angewandt oder nicht angewandt wurde, ein anderes Verfahren, bei dem Druckluft eingeblasen wurde, und ein weiteres Verfahren, bei dem der Brei sowohl gerüttelt als auch Druckluft angewandt wurde. Die entstandenen Tafeln wurden jeweils aus der Form nach 30 bis 60 Minuten entfernt, einer Dampfhärtung bei 70°C während 7 Stunden unterworfen und schließlich mit Heißluft bei 60°C während 12 Stunden getrocknet und man erhielt ein gehärtetes faserverstärktes Schlacke/ Gips/Zement-Leichtbauprodukt.

Die entsprechenden Tafeln wurden auf deren umgekehrten Seite poliert, um die Zahl der groben Blasen zu prüfen (mit Durchmessern von 1 bis 3 mm und über 3 mm). Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5

Aus den obigen Ergebnissen wird es ersichtlich, daß das Rütteln des Breis und die Anwendung von Druckluft auf den Brei zur Entfernung von groben Blasen sehr wirksam sind.

Wie in den vorhergehenden Beispielen gemäß der Methode zur Herstellung eines gehärteten Leichtbauprodukts unter Verwendung der schnellhärtenden Schlacke/Gips/Zement-Zusammensetzung gezeigt ist, erstarrt bzw. bindet ab und erhärtet der Brei innerhalb kurzer Zeit und kann sofort aus einer Form entfernt werden. Danach kann der Formteil zu einem gehärteten Leichtbauprodukt innerhalb kurzer Zeit durch gewöhnliches Dampfhärten geformt werden. Demgemäß können in preiswerter Weise Wandmaterialien für außen und innen geschaffen werden, welche einen hohen Grad an Freizügigkeit hinsichtlich Dicke und Form haben und die eine gute Feuerbeständigkeit und Wasserbeständigkeit sowie gute Dauerhaftigkeit haben. Infolgedessen ist das erfindungsgemäße Verfahren industriell sehr effektiv.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten faserverstärkten Schlacke/Gips/Zement-Leichtbauprodukts, dadurch gekennzeichnet, daß von 5 bis 140 Gew.-Teilen von Aggregaten mit einer maximalen Größe von nicht größer als 2000 µm zu 100 Gew.-Teilen eines Gemisches gegeben werden, das 100 Gew.-Teile Portlandzement, von 20 bis 350 Gew.-Teile Schlackenfeinpulver, von 0 bis 20 Gew.-Teile Kalk, und von 20 bis 100 Gew.-Teile Calciumaluminat und Gipsfeinpulver insgesamt umfaßt, vorausgesetzt, daß ein Gewichtsverhältnis des Gipsfeinpulvers und des Calciumaluminats in dem Bereich von 0,5 bis 2,0 : 1 vorliegt, daß weiterhin von 0,01 bis 1,5 Gew.-Teile eines Abbinderegulators zu der Mischung, Mischwasser, Schaummittel und die Mischung verstärkende Fasern zugegeben werden, um einen Brei zu erhalten, daß der Brei einer Formung unterworfen wird, das entstandene geformte Produkt entfernt und das entfernte Produkt mit Dampf gehärtet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlackenfeinpulver ein Schlackenfeinpulver ist, das durch Klassierung nach dem Vermahlen einer granulierten Hochofenschlacke erhalten wurde, und das eine Feinheit in dem Bereich von 6000 bis 12 000 cm²/g spezifische Oberfläche gemäß Blaine hat.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumaluminat CaO · Al₂O₃, CaO · 2 Al₂O₃, 3 CaO · Al₂O₃, 12 CaO · 7 Al₂O₃, 11 CaO · 7 Al₂O₃ · CaF₂ oder Mischungen davon ist, vorausgesetzt, daß der Gesamtgehalt dieser Substanzen nicht weniger als 50% beträgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gipsfeinpulver eine Feinheit von nicht kleiner als 2500 cm²/g, ausgedrückt als spezifische Oberfläche nach Blaine, und einen Übergrößenrückstand von 88 µm Sieb von nicht größer als 0,5% hat.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Brei, wenn geformt, Vibrationen bei einer Frequenz von 100 bis 10 000 V.P.M. unterworfen wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formen Druckluft gegen den Brei geblasen wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Brei abbindet und erhärtet innerhalb von 3 bis 60 Minuten nach dem Formen und sofort aus einer Form entfernt und be- oder verarbeitet werden kann.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfhärtungstemperatur nicht höher als 90°C ist und das Härten bei nicht weniger als 150°C × Stunde durchgeführt wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gehärtete Produkt ein luftgetrocknetes spezifisches Gewicht von 0,4 bis 1,5 hat.

10. Faserverstärktes gehärtetes Schlacke/Gips/Zement-Leichtbauprodukt, gebildet durch Zugabe von 5 bis 140 Gew.-Teilen von Aggregaten mit einer maximalen Größe von nicht größer als 2000 µm zu 100 Gew.-Teilen eines Gemisches, umfassend 100 Gew.-Teile Portlandzement, 20 bis 350 Gew.-Teile Schlackenfeinpulver, 0 bis 20 Gew.-Teile Kalk, und 20 bis 100 Gew.-Teile Calciumaluminat und Gipsfeinpulver insgesamt, vorausgesetzt, daß ein Gewichtsverhältnis des Gipsfeinpulvers und des Calciumcarbonats in dem Bereich von 0,5 bis 2,0 : 1 vorliegt, weiterhin Zugabe von 0,01 bis 1,5 Gew.-Teilen eines Abbinderegulators zu dem Gemisch, Mischwasser, Schäume und Verstärkungsfaser mit dem Gemisch, um einen Brei zu erhalten, Verformen des Breis, Entfernen des entstandenen geformten Produkts und Härten des entfernten Produkts mit Dampf.

11. Produkt gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das luftgetrocknete spezifische Gewicht 0,4 bis 1,5 beträgt.