DE69815668T2

DE69815668T2 - Bauprodukte

Info

Publication number: DE69815668T2
Application number: DE69815668T
Authority: DE
Inventors: Steve Duselis; Peter Goodwin; Nigel Kirby; Basil Naji; Anhthe Nguyen; Brian Sloane; David Stitt; James Gleeson; Hong Chen
Original assignee: James Hardie Research Pty Ltd
Current assignee: James Hardie Research Pty Ltd
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: US6506248B1; CA2287210C; NZ500215A; DK0973699T3; MX9909324A; EP0973699A1; EP0973699A4; ATE243175T1; PT973699E; WO1998045222A1; MY114812A; AUPO612097A0; JP2001518867A; MX215633B; CA2287210A1; AR012390A1; PH11998000842B1; ES2202833T3; US6346146B1; ZA983063B

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft Bauprodukte mit niedriger Dichte und Verfahren zu deren Herstellung.
Technischer Hintergrund
Geformte Calciumsilikatprodukte werden weitverbreitet in der Industrie und in Haushaltsanwendungen als Wärmeisolierung und hitzebeständige Materialien verwendet und sind in dem australischen Patent Nr. 552 930 gezeigt. Diese Produkte werden üblicherweise gebildet, indem eine Quelle für Calciumhydroxid mit einem silikatischen Material bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck kombiniert wird. In Abhängigkeit von der Temperatur, dem Druck, der Länge der Reaktionszeit und der verwendeten Wasserkonzentration kann eine Vielfalt von kristallinen Formen von Calciumsilikat gebildet werden. Die resultierende Aufschlämmung von hydratisierten Calciumsilikatkristallen kann dann in Formen gegossen und getrocknet werden, üblicherweise durch Zufuhr von Wärme, um die gewünschten fertigen geformten Produkte vor der Formung, falls erwünscht, zu ergeben. Dann können Verstärkungsfasern wie Glas- und Polyesterfasern zu der Aufschlämmung gegeben werden.
Solche reinen Calciumsilikatprodukte haben jedoch keine ausreichende Festigkeit, Zähigkeit und Dauerhaftigkeit für verschiedene Bauanwendungen. Es sind verschiedene Mechanismen zur Herstellung von Calciumsilikatprodukten mit ausreichender Festigkeit für Bauanwendungen vorgeschlagen worden. Calciumsilikattafeln mit niedriger Dichte unter Verwendung von Fasergehalten von 3 Gew.% oder weniger sind in Feuerschutzanwendungen wohl bekannt. Das Herstellungsverfahren für das Calciumsilikat in diesen Produkten und die anderen Bestandteilen, die für Hochtemperatur- (> 1000°C)-Stabilität erforderlich sind, machen solche Produkte zur Verwendung als Gebrauchsprodukte unwirtschaftlich. US-A-5 547 505 offenbart ein Produktionsverfahren für Zemente mit geringer Wärmeentwicklung mit guter Druckfestigkeit und Hydratisierungswärmen. Das Verfahren ist jedoch recht komplex. Es beinhaltet das Mischen von kalkartigen Materialien, silikatischen Materialien und aluminiumhaltigen Materialien, Schmelzen der Mischung, Abschrecken der Schmelze und Mahlen des abgeschreckten Materials zum Zufügen zu der Zementzusammensetzung.
Das australische Patent Nr. 606 344 versucht, die mit Calciumsilikatprodukten verbundenen Produkte zu überwinden, indem faserige Materialien, wie Holzpulpe, und ein geeignetes polymeres Koagulierungsmittel zugegeben werden, dünne Platten aus dem resultierenden Material gebildet werden und die Platten unter Bildung einer Bautafel laminiert werden. verschiedene andere Produktionstechniken oder Additive, wie Fasern, polymere Bindemittel, usw., sind verwendet worden, um die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Calciumsilikatprodukts zu erhöhen. Die deutsche Patentanmeldung DE 37 11 549 schließt beispielsweise ein polymeres Bindemittel und ein Expansions-Ettringitbildungsmittel zu der Calciumsilikataufschlämmung ein, um ein holzähnliches Produkt zu ergeben.
Faserverstärkte Zementprodukte wie wasserbeständige Bauplatten sind seit 1895 im Bauwesen verwendet worden. In neuerer Zeit gehörten nicht nur Asbestfasern, sondern auch Cellulosefasern (AU-515 151), Metallfasern, Glasfasern und andere natürliche Fasern zu Verstärkungsfasern, die in derartigen Produkten verwendet werden. Die Dichte derartiger Bauplatten beträgt in der Regel 1,2 bis 1,7 g/cm³, wobei die Variation der Dichte in der Regel durch Kompression und Entwässerung der Faserzementaufschlämmungen, die in der Fertigung verwendet werden, und durch Variieren der verwendeten Fasermenge erreichbar ist.
Die Dichten der oben beschriebenen Bauplatten bedeuten, dass die Produkte schwerer als Produkte auf Bauholzbasis mit gleicher Abmessung sind und daher schwieriger zu schneiden, maschinell zu bearbeiten und zu nageln als Bauholz und Produkte auf Bauholzbasis sind. In dieser Hinsicht liegt die Dichte natürlicher Bauholzplatten typischerweise im Bereich von 0,7 bis 0,9 g/cm³ für trockene Harthölzer und 0,38 bis 0,6 g/cm³ für trockene Weichhölzer. Die Trockendichte wiederaufbereiteter ge presster Hartfaserplatten liegt typischerweise im Bereich von 0,95 bis 1,1 g/cm³.
Es wäre erwünscht, Bauplatten mit einer Dichte ähnlich derjenigen von Bauholz zu fertigen, wodurch leichtere, besser nagelbare, leichter schneidbare und leichter maschinenbearbeitbare Produkte möglich werden, während die Dauerhaftigkeit, Feuerbeständigkeit, Verrottungsfestigkeit und Wasserbeständigkeitseigenschaften des faserverstärkten Zementprodukts erhalten bleiben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mindestens einige der oben genannten Nachteile des Standes der Technik wesentlich zu lindern oder mindestens eine kommerzielle Alternative dazu zu liefern.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines zementösen Produkts, wobei ein zementöses Material, ein silikatisches Material und ein Material niedriger Schüttdichte zu Wasser hinzugefügt werden, um eine Aufschlämmung zu bilden, ein geformter Rohartikel aus der Aufschlämmung gebildet wird und der Artikel in einem Autoklaven gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material niedriger Schüttdichte eine Mischung aus Calciumsilikathydrat und nicht in Reaktion getretenem silikatischen Reaktionspartner ist.
Der Anmelder schlägt die Verwendung von Calciumsilikathydrat als Dichtemodifizierungsmittel vor, da es im Unterschied zu üblicherweise verwendeten Materialien wie Vermikulit, Perlit oder EPS-Schaumperlen nicht aufschwimmt und beständig gegen Zusammendrücken ist.
Das Material mit niedriger Schüttdichte ist aus Teilchen zusammengesetzt, die im Wesentlichen Calciumsilikathydrat sind, typischerweise in Form einer dreidimensional ineinandergreifenden Struktur, die Rippen enthält und in der nachfolgenden Verarbeitung beständig gegen Zusammendrücken ist.
Das Material mit niedriger Schüttdichte hat vorzugsweise eine Schüttdichte zwischen 0,06 und 0,3 g/cm³.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Material mit niedriger Schüttdichte durch Reagieren eines silikatischen Reaktionspartners mit einem kalkartigen Reaktionspartner in Gegenwart von Wasser unter Druck und erhöhter Temperatur bereitgestellt, wobei wenigstens 90 Gew.-% des silikatischen Reaktionspartners eine Teilchengröße von weniger als 100 Mikron (100 μm) haben.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung eines zementösen Produkts können die geformten Rohartikel aus der wasserhaltigen Aufschlämmung nach einem beliebigen aus einer Reihe konventioneller Verfahren gebildet werden, wie dem Hatscheck-Plattenprozess, dem Mazza-Rohrprozess, dem Magnani-Plattenprozess, Spritzgießen, Extrusion, Handlegeverfahren, Formung, Gießen, Filterpressen, maschinellem Auftragen, Walzenformen, usw. mit oder ohne Pressen nach der Formung. Nach dem Formen wird der Rohartikel vorzugsweise für eine kurze Zeit vorgehärtet, vorzugsweise bis zu 80 Stunden, danach durch Autoklavieren gehärtet, vorzugsweise in einem mit Wasserdampf unter Druck gesetzten Gefäß bei 120 bis 200°C für 3 bis 30 Stunden, am meisten bevorzugt weniger als 24 Stunden. Die Zeitdauer und Temperatur, die für das Härten ausgewählt werden, hängt von der Formulierung, dem Fertigungsverfahren und der Form des Artikels ab.
Der Anmelder hat auch gefunden, dass es möglich ist, ein Material mit niedriger Schüttdichte, das im Wesentlichen aus Calciumsilikathydrat zusammengesetzt ist, zur Verwendung in einem Bauprodukt bereitzustellen, ohne dass vollständige Umwandlung der Reaktionspartner zu Calciumsilikathydrat gewährleistet werden muss. In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Reaktion vor der vollständigen Umwandlung der Reaktionspartner zu Calciumsilikathydrat beendet. Die Reaktion wird vorzugsweise in weniger als 4 Stunden beendet. Die Reaktion wird insbesondere über einen Zeitraum von bis zu 2 Stunden durchgeführt, so dass mindestens 80% des kalkartigen Reaktionspartnermaterials in Calciumsilikathydrat (wie vorzugsweise durch DTA (Differentialthermoanalyse)/TGA (thermogravimetrische Analyse) bestimmt wird) umgewandelt wird.
Der Anmelder hat gefunden, dass das Produkt, das aus der Reaktion zwischen dem silikatischen Reaktionspartnermaterial und dem kalkartigen Reaktionspartnermaterial bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck selbst nach sehr kurzen Reaktionszeiten, z. B. bis herunter zu einer halben Stunde, mit einer geeigneten Apparatur resultiert, zur Verwendung in Bauprodukten geeignet ist, wie faserverstärkten Platten. Solche kurzen Reaktionszeiten liefern eindeutig sowohl in Hinsicht auf die Kosten als auch in Hinsicht auf die Produktionsgeschwindigkeit Vorteile.
Das aus dieser Reaktion resultierende Produkt dient nicht nur als effektives Dichtemodifizierungsmittel zur Herstellung zementöser Produkte, was zu Dichten von 1,2 g/cm³ bis 0,5 g/cm³ führt, wobei die Dichte in Kombination mit Belüftung der Aufschlämmung noch darunter liegen kann, sondern liefert andere Vorteile einschließlich hoher Festigkeit und geringer Wasserdurchlässigkeit der Oberfläche.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Herstellung derartiger zementöser Produkte mit niedriger Dichte liegt darin, dass dickere Platten oder dickerwandige Produkte gefertigt werden können, einschließlich jener, die Fasern enthalten, ohne dass sie zu schwer für die Handhabung sind. Zusätzlich können solche dicken Platten, beispielsweise 10 mm bis 35 mm dick, genagelt oder maschinell verarbeitet werden (was mit Faserzementplatten mit normaler Dichte oder komprimierten Faserzementplatten nicht immer möglich ist). Die erfindungsgemäßen zementösen Produkte mit niedriger Dichte sind auch zur Befestigung mit elektrischen Nagelgeräten geeignet, da die niedrigere Dichte der Tafel ermöglicht, dass der Schlag und der Kopf des Nagels in der Tafel absorbiert werden, im Unterschied zu Faserzementplatten mit normaler Dichte oder komprimierten Faserzementplatten, die durch den Schlag des Nagelkopfes brechen können. Die niedrige Dichte der erfindungsgemäßen zementösen Produkte ermöglicht auch das Einkerben und Einrasten von beispielsweise Platten mit sagen wir bis zu 12 mm Dicke × 1200 mm Breite. Faserzementplatten mit normaler Dichte wären bei diesen Abmessungen zu stark und zu dicht für das Einkerben und Einrasten.
Selbst bei Dichten unter 0,5 g/cm³ haben die aus der vorliegenden Erfindung resultierenden zementösen Produkte überraschend gute Festigkeit und Zähigkeit. Die Anmelder haben auch beobachtet, dass die zementösen Produkte mit niedriger Dichte, die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultieren, eine niedrigere Wasserdurchlässigkeit der Oberfläche aufweisen, verglichen mit konventionellen zementösen Produkten.
Das silikatische Reaktionspartnermaterial kann in der korrekten Teilchengröße erhalten werden oder alternativ durch jedes geeignete Verfahren einschließlich Kugelmühlen oder Stabmühlen mit hoher Schlagwirkung, vertikal gerührter Kugelmühle oder Reibungsmühle gemahlen werden. Solche Mühlen erhalten hohe Teilchengrößenverringerungsraten durch Schlagbruch von Teilchen. Das silikatische Reaktionspartnermaterial hat vorzugsweise eine Teilchengröße von 90 Gew.% von weniger als etwa 100 Mikron (100 μm), insbesondere weniger als 70 Mikron (70 μm) und am meisten bevorzugt weniger als 50 Mikron (50 μm) Durchmesser (gemessen mit einem Laserbeugungs-Teilchengrößenanalysegerät, wie einem Malvern Mastersizer Teilchengrößenanalysegerät vom Beugungstyp).
Geeignete silikatische Reaktionspartnermaterialien sind kristallin, am meisten bevorzugt wie Quarz, Quarzitsand, Quarzitstein oder kristallines Siliciumdioxid. Amorphe silikatische Reaktionspartnermaterialien können auch verwendet werden, sind jedoch weniger erwünscht. Typische amorphe silikatische Materialien schließen Kieselsäure, pyrogene Kieselsäure, Reishüllenasche, Flugasche, Hochofenschlacke, granulierte Schlacke, Stahlschlacke, kristalline oder luftgekühlte Schlacke, geothermisches Silikamaterial und Mischungen davon ein. Das silikatische Material in den Stufen (a) und (c) kann gleich oder unterschiedlich sein.
Die Teilchengröße des Siliciumdioxidmaterials kann gewünschtenfalls eingestellt werden, um die Reaktionsgeschwindigkeiten zur Bildung des wesentlichen Calciumsilikathydratprodukts zu ändern. Andere Prozessparameter oder Additive können geändert werden, um die verschiedenen Eigenschaften des resultierenden Bauprodukts einzustellen, einschließlich Dichte, Zähigkeit, usw.
Geeignete kalkartige Materialien schließen Kalk, insbesondere Ätzkalk ein, der vorzugsweise mehr als 90% CaO enthält. Ätzkalk kann durch Löschen in Wasser, vorzugsweise bei einer Temperatur von 40° bis 70°C, in einem Verhältnis von 1 bis 7 Litern Wasser pro Kiligramm Kalk hydratisiert werden.
Wasser ist in der Reaktion typischerweise in einer Menge von bis zu dem 30-fachen des Gesamtgewichts der silikatischen und kalkartigen Reaktionspartnermaterialien vorhanden.
Das silikatische Material und das kalkartige Material werden geeigneterweise bei einer Temperatur zwischen 120°C und 250°C, insbesondere einer Temperatur zwischen 160°C und 180°C umgesetzt.
Vorzugsweise werden die silikatischen und kalkartigen Materialien in einem gerührten Druckgefäß umgesetzt. Geeignete verwendete Drücke sind in der Regel zwischen 200 und 4000 kPa, insbesondere zwischen 600 und 1000 kPa.
Das kalkartige Material und silikatische Material werden typischerweise in einem Molverhältnis von CaO:SiO₂ von 0, 1 bis zu 1,2 umgesetzt. Sie werden insbesondere in einem Verhältnis von 0,3 bis 0,8 umgesetzt.
Die vorliegende Erfindung liefert weiterhin eine Formulierung zum Zubereiten eines zementösen Produkts, mit einem zementösen Material, einem silikatischen Material, und einem Material niedriger Schüttdichte, das eine Mischung aus Calciumsilikathydrat und nicht in Reaktion getretenem silikatischen Reaktionspartner ist.
In dieser Beschreibung beziehen sich bei Bezugnahme auf Gew.% alle Werte auf die Formulierung auf Basis des Gewichts der trockenen Bestandteile vor der Zugabe von Wasser und der Verarbeitung.
Das silikatische Material ist in der trockenen Formulierung vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 80 Gew.%, insbesondere 30 bis 70 Gew.%, am meisten bevorzugt 40 bis 65 Gew.% vorhanden. Das silikatische Material ist vorzugsweise gemahlener Sand (auch als Silika (Siliciumdioxid) bekannt) oder feiner Quarz und hat eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 500 Mikron, insbesondere 20 bis 70 Mikron.
Das zementöse Material ist in der trockenen Formulierung vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 80 Gew.%, insbesondere 20 bis 70 Gew.%, am meisten bevorzugt 30 bis 40 Gew.% vorhanden. Geeignetes zementöses Material ist Zement und/oder Kalk und/oder Kalk enthaltendes Material und schließt Portlandzement, hydratisierten Kalk, Kalk oder Mischungen davon ein. Das zementöse Material hat vorzugsweise einen Feinheitsindex von 200 bis 450 m²/kg und insbesondere 300 bis 400 m²/kg.
Es ist zu erkennen, dass das silikatische Material und das zementöse Material aus separaten Quellmaterialien stammen können, z. B. Silika und Portlandzement, oder aus einem einzigen Quellmaterial stammen können, z. B. einem gemischten Zement, der ein Zement ist, der gewöhnlichen Portlandzement und/oder nicht weißen Zement mit einem oder einer Kombination aus Kalkstein, granulierter Schlacke und kondensierter pyrogener Kieselsäure einschließt. Der Anteil dieser Zusätze beträgt mehr als 5 Massen%.
Das silikatische Reaktionspartnermaterial und kalkartige Reaktionspartnermaterial können aus separaten Quellen, z. B. Silikamaterial und Kalkstein, oder aus einem einzigen Quellmaterial bereitgestellt werden, z. B. silikatischen Kalksteinablagerungen.
Das erfindungsgemäße Calciumsilikathydrat mit niedriger Schüttdichte wird vorzugsweise in einer Menge von bis zu 80 Gew.%, insbesondere bis zu 50% der trockenen Formulierung zugegeben.
Das zementöse Produkt kann ein faseriges Material einschließen, das ein faserverstärktes Produkt produzieren kann. Geeignete faserige Materialien können Asbest einschließen, es ist jedoch bevorzugt, asbestfreie Fasern einschließlich Cellulose wie Weichholz- und Hartholzcellulosefasern, holzfreie Cellulosefasern, Mineralwolle, Stahlfasern, synthetische Polymerfasern, wie Polyamide, Polyester, Polypropylen, Polymethylpenten, Polyacrylnitril, Polyacrylamid, Viskose, Nylon, PVC, PVA, Rayon, sowie Glas, Keramik oder Kohle zu verwenden. Wenn Cellulosefasern verwendet werden, werden sie vorzugsweise auf einen Stoffdurchlässigkeitsgrad zwischen 20 und 800 der Canadian Standard Freeness (CSF), insbesondere 200 bis 500 CSF, raffiniert. Thermomechanisch oder chemisch raffinierte Fasern sind bevorzugt. Nach dem Kraft-Prozess produzierte Cellulosefasern sind geeignet. Die Cellulosefasern können gebleicht, ungebleicht, teilweise gebleicht oder Mischungen davon sein. Die faserigen Materialien können in einer Konzentration von 0 bis 25 Gew.%, vorzugsweise 2 bis 16 Gew.%, insbesondere 5 bis 14 Gew.% vorhanden sein, bezogen auf das Gewicht der trockenen Formulierung.
Die Dichte des aus dem vorliegenden erfindungsgemäßen Prozess resultierenden zementösen Produktmaterials hängt von einer Reihe von Faktoren einschließlich der Menge an wesentlichem Calciumsilikathydratmaterial mit niedriger Dichte und faserigem Material oder Pulpe ab, die dem Gemisch zugegeben werden. In den folgenden Tabellen 1, 2 und 3 sind gesättigte, im Gleichgewicht befindliche und ofengetrocknete Dichten von zementösem Produkt gezeigt, das aus dem vorliegenden erfindungsgemäßen Prozess mit unterschiedlichen Mengen an CSH-Material und Pulpe resultiert.
Modifikation der Dichte (g/cm³) von faserverstärktem zementösem Produkt mit CSH-Material und Pulpe Tabelle 1 - wassergesättigt
Tabelle 2 - atmosphärisches Gleichgewicht (nominell 25°C und 50% relative Feuchtigkeit)
Tabelle 3 - ofengetrocknet (100°C, 24 Stunden)
Das zementöse Produkt kann auch 0 bis 40 Gew.% anderer Additive enthalten, wie Füllstoffe, beispielsweise Mineraloxide, -hydroxide und Tone, Metalloxide und -hydroxide, Flammenhemmungsmittel, beispielsweise Magnesit oder Dolomit, Verdickungsmittel, pyrogene Kieselsäure oder amorphes Siliciumdioxid, Färbungsmittel, Pigmente, Wasserabdichtungsmittel, Wasserreduktionsmittel, Abbindegeschwindigkeitsmodifizierungsmittel, Härter, Filterhilfsmittel, Plastifizierungsmittel, Dispergiermittel, Schäumungsmittel oder Flockungsmittel, wasserfest machende Mittel, Dichtemodifizierungsmittel oder andere Verarbeitungshilfsmittel. Spezielle Additive können Aluminiumpulver, Kaolin, Glimmer, Metakaolin, pyrogene Kieselsäure und Calciumcarbonat einschließen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die zementösen Produkte mit niedriger Dichte nach dem Hatschek-Prozess gebildet. Zur Verwendung mit den erfindungsgemäßen zementösen Produkten mit niedriger Dichte sind jedoch möglicherweise bestimmte Modifikationen des Hatschek-Prozesses erforderlich oder erwünscht.
Bei der zementösen Zusammensetzung mit niedriger Dichte kann erstens Delaminierung der Rohplatte stattfinden, wenn das Vakuumkissen die Platte kontaktiert, um zu probieren, sie von dem Fördermittel auf einen Stapel zu heben. Es wird angenommen, das dies infolge des Gewichts der Platte auftritt, das infolge der Plattendicke und des hohen Feuchtigkeitsgehalts (ungefähr das Doppelte des Rohplattenfeuchtigkeitsgehalts von normalem faserverstärktem Zement) zu schwer ist, um von der interlaminaren Nassbindung des Materials gehalten zu werden. Obwohl der Feuchtigkeitsgehalt der Rohplatte höher als üblich ist, ist es zudem möglich, dass die Rohplatte eigentlich zu trocken ist, was zu einer schwachen Nassbindung zwischen Laminaten führt.
Diese Delaminierung der Rohplatte kann durch Zufügen eines Additivs, z. B. 0,6% Bentonit, um die Bindung zwischen den Laminaten zu erhöhen, vermieden oder mindestens verringert werden.
Der Anmelder hat auch mehrere Modifikationen des Hatschek-Prozesses entwickelt, um die Eigenschaften der Rohplatten zu verbessern. Neben den konventionellen Techniken des

a) Erhöhens der Vorhärtungszeit
b) Zufügens einer Last oben auf einige Stapel nach der Bildung und Beibehaltens einer solchen Last bis nach dem Autoklavieren, und/oder
c) Modifizierens des Autoklavenzyklus (Geschwindigkeiten des unter Druck setzens und Druck ablassens)

Außerdem haben die Anmelder gefunden, dass schmale Breiten der Platten (etwa 300 mm oder weniger) selbst bei 18 mm Dicke leichter zu verarbeiten sind als eine vollständige Platte.
Überraschenderweise hat die genannte Verarbeitungsveränderung die Reißfestigkeit oder interlaminare Bindung senkrecht zu der Stirnseite der Platte auch wesentlich erhöht. Dies wird in der angefügten graphischen Darstellung gezeigt. Die Kurve zeigt die ILB (interlaminare Bindung), die mit einer Platte erreicht wird, die unter Verwendung von Standardformulierungsfaserzement mit ungebleichter Pulpe produziert wird, wobei die Dichte durch Zugabe von CSH modifiziert worden ist. Der schattierte Bereich der graphischen Darstellung zeigt die typische ILB, die mit den genannten Verarbeitungsmodifikationen erreicht wird. Die genannten Modifikationen haben die ILB bei Dichten von ungefähr 0,8 bis 0,9 g/cm³ mehr als verdoppelt.
Es ist in bestimmten Fällen möglicherweise auch erwünscht, erfindungsgemäß hergestellte autoklavierte Tafeln mit einer Silan-, Siloxan- oder anderen Silikonbehandlung zu behandeln. Obwohl die Oberflächenwasserdurchlässigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Prozess hergestellten Bauprodukte niedrig ist, verglichen mit konventionellen Tafeln, ist eine derartige Behandlung möglicherweise erforderlich, da die Zementplatten mit niedrigerer Dichte eine größere Anzahl durchgehender Poren aufweisen. Die Silan-, Siloxan- oder andere Silikonbehandlung macht diese Poren hydrophob, wodurch die Wasserabsorption verringert und die Oberflächenwasserdurchlässigkeit weiter herabgesetzt wird.
Der Anmelder hat gefunden, dass der vorliegende erfindungsgemäße Prozess Bauprodukte mit einer Oberflächenwasserdurchlässigkeit von etwa 0,6 ml/h (gemittelt über 48 Stunden) bis zu so niedrig wie 0, 4 ml/h liefert, während konventionelle Tafeln eine Oberflächendurchlässigkeit von etwa 0,8 bis 1,9 ml/h haben. Oberflächenwasserdurchlässigkeit wurde gemessen, indem eine Kreisfläche mit 50 mm Durchmesser von einer quadratischen 250 × 250 Probe einer 1,22 m Wassersäule bei 23 ± 2°C für 48 Stunden ausgesetzt wurde und das Absinken des Wasserpegels über die 48 Stunden gemessen wurde. Das Ergebnis wird als ml Absinken pro Stunde angegeben.
Der Begriff "umfassen" wird in der Beschreibung in einem inklusiven Sinne verwendet, das bedeutet im Sinne von "einschließend, aber nicht begrenzt auf" oder "enthaltend, aber nicht beschränkt auf". Der Begriff ist nicht in einem inklusiven Sinne gemeint, d. h. "besteht nur aus" oder "ist nur zusammengesetzt aus".
Wege zur Durchführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, die in jeder Hinsicht als illustrierend und nicht einschränkend angesehen werden sollen:
Zur Erklärung werden die folgenden Begriffe in den Beispielen verwendet.
Gewöhnlicher Portlantzement – hydraulisches Bindemittel, das aus Calciumsilikaten, Calciumaluminaten und Calciumaluminiumferriten besteht, hergestellt aus Portlandzement, Klinker und Gips. Das Bindemittel kann kleine Mengen, üblicherweise weniger als 5 Gew.%, Kalkstein, Flugasche, granulierte Schlacke oder Kombinationen aller drei Materialien enthalten. Es können auch Additive enthalten sein, die die Abbindezeit, den Wasserbedarf, die Trockenschwindung und andere Eigenschaften ändern.
Nicht weißer Portlandzement – hydraulisches Bindemittel, das aus Calciumsilikaten, Calciumaluminaten und Calciumaluminiumferriten besteht, hergestellt aus Portlandzement, Klinker und Gips. Die Ferritphasen sind auf unter 4% minimiert, um die nicht weiße Farbe zu produzieren. Dies führt zu einem Anstieg der Silikat- und Aluminatphasen. Wie bei gewöhnlichem Portlandzement können geringe Mengen anderer Materialien und Additive vorhanden sein, um seine Eigenschaften zu ändern.
Gemischter Zement – hydraulisches Bindemittel, das aus gewöhnlichem Portland-Zement und/oder nicht weißem Zement und einem oder einer Kombination der folgenden Materialien, Kalkstein, granulierter Schlacke und kondensierter pyrogener Kieselsäure besteht. Der Anteil dieser Zusätze liegt über 5 Massen%.
Additive, die die Abbindezeit, den Wasserbedarf, die Trockenschwindung und andere Eigenschaften ändern, können auch enthalten sein.
Flugasche – das Feinmaterial, das in elektrostatischen, mechanischen Filtern oder Sackfiltern von Boilern aufgefangen wird, die mit pulverisierten Brennstoffen wie Kohle befeuert werden. In Abhängigkeit von den Mineraltypen kann Flugasche puzzolanisch mit einem Grad sein, der durch die Menge und Typen der vorhandenen Calciumsilikate bestimmt wird. Flugasche ist auch als pulverisierte Brennstoffasche bekannt.
Schlacke – das Material, das Calcium-, Magnesium- und andere Silikate, -Aluminate und -Aluminiumsilikate enthält, die aus dem Schmelzen von Metallen wie Eisen, Stahl, Kupfer, usw. abgetrennt worden sind, während sie sich im geschmolzenen Zustand befinden.
Hochofenschlacke aus der Eisenherstellung – ein Nebenprodukt, das aus geschmolzenem Eisen während der Herstellung von Eisen in einem Eisenhochofen abgetrennt wird. Das Material besteht aus Calcium- und Magnesiumsilikaten, -aluminaten und -aluminiumsilikaten sowie anderen Mineralien in geringeren Mengen.
Stahlschlacke – ein Nebenprodukt, das von geschmolzenem Stahl während der Herstellung von Stahl und dessen Legierungen abgetrennt wird. Das Material besteht aus Calcium- und Magnesiumsilikaten, -aluminaten und -aluminiumsilikaten sowie anderen Mineralien in geringeren Mengen.
Granulierte Schlacke – ein Glasmaterial, das durch Abschrecken von geschmolzener Schlacke in Luft, Wasser oder einer Mischung von beiden erhalten wird. Dieser als Granulierung bekannte Prozess produziert vorwiegend amorphe Materialien, die latente hydraulische Eigenschaften besitzen.
Kristalline oder luftgekühlte Schlacke – wenn geschmolzene Schlacken langsam abkühlen gelassen werden, resultieren kristalline Mineralien und die Schlacke zeigt keine bedeutsamen hydraulischen Eigenschaften.
Aus dem obigen geht somit hervor, dass das zementöse Material und das silikatische Material in der erfindungsgemäßen For mulierung durch ein einziges Quellmaterial bereitgestellt werden kann, z. B. einen gemischten Portlandzement. Es kann auch ins Auge gefasst werden, dass der kalkartige Reaktionspartner und der silikatische Reaktionspartner durch ein einziges Quellmaterial bereitgestellt werden können, z. B. eine silikatische Kalksteinablagerung.
Beispiel 1 - Synthese von Calciumsilikathydrat mit niedriger Schüttdichte
Das Prozesskalkwasser wird in einem Verhältnis von 6,0 L Wasser pro kg Kalk (CaO) in der Charge in den Chargentank eingewogen. Es sei darauf hingewiesen, dass der vorliegende erfindungsgemäße Prozess zur Verwendung mit sowohl städtischem Frischwasser als auch Prozesswasser geeignet ist. Das Wasser wird in den Mischtank abgelassen und dann mit Wasserdampf auf 65°C erhitzt. Der Wasserdampf fügt zusätzliches Wasser hinzu. Eine 1300 kg Charge aus Rohmaterialien erfordert 628 kg Kalk, der in 3767 Litern Kalkwasser gelöscht wird, und 672 kg Trockengewicht gemahlenen Quarzsand in einer Aufschlämmung mit 40 Feststoffen, die zu dem gelöschten Kalk in einem gerührten Tank gegeben wird. Die Herstellung des Quarzsands wird nachfolgend beschrieben.
Der Quarzsand wurde in einer vertikalen gerührten Kugelmühle auf eine Teilchengröße gemahlen, so dass 90% des Volumens des Siliciumdioxids weniger als 11,60 Mikron (11,60 μm) Durchmesser hatten, gemessen mit einem Malvern "Mastersizer" Laserstreuungs-Teilchengrößenanalysegerät.
Die Aufschlämmung wurde 15 Minuten gemischt, dann in das gerührte Druckgefäß gepumpt. Wasser wurde zugefügt, um die Viskosität der Aufschlämmung zu modifizieren. Die Aufschlämmung wurde mit Wasserdampf auf einen Druck von ungefähr 700 ± 50 kPa erhitzt. Die Reaktion wurde durch Zugabe von Wasserdampf in das Gefäß auf diesem Druck gehalten. Das Material wurde durch weitere intermittierende Injektion von Wasserdampf drei Stunden auf diesem Druck gehalten. Nach drei Stunden bei vollem Druck wurde der Druck dann in 30 Minuten auf ungefähr 270 kPa reduziert. Das Material wurde dann über einen Zyklon in einen Tank abgelassen, um die Freisetzung von Wasserdampf aus der Aufschlämmung zu ermöglichen. Die Aufschlämmung wurde dann mit Kalkwasser auf zwischen 10 und 12 Gew.% trockene Feststoffe aus Calciumsilikathydratprodukt verdünnt. Die Aufschlämmung wurde dann in einen gerührten Lagertank gepumpt.
Eigenschaften des Calciumsilikathydrats mit niedriger Schüttdichte
Die Eigenschaften des Calciumsilikathydrats, wie es nach dem oben beschriebenen Verfahren synthetisiert wurde, sind nachfolgend aufgeführt.
Definitionen
% säureunlöslicher Rückstand (acid insoluble residue, AIR)
% AIR ist ein Maß für das nicht umgesetzte Quarz-Siliciumdioxid in dem Calciumsilikathydratprodukt. Das Verfahren beinhaltet das Mahlen von 2 Gramm Probe und Verarbeiten derselben zu einer Paste mit Wasser und nachfolgendes Verdünnen mit Wasser auf 200 ml, anschließendes Zufügen von 25 ml analytischem Reatant Salzsäure 32% Gew./Gew., Dichte 1,16 g/ml (1 : 1). Die Mischung wurde 15 Minuten auf 90 bis 95°C erhitzt und durch ein Nr. 40 Whatman-Filterpapier filtriert. Der Rückstand wurde mit siedendem Wasser und siedendem Na₂CO₃ (50 g/L) gewaschen. Der Rückstand und das Filterpapier wurden dann bei 900 bis 1000°C verascht, in einem Exsikkator abgekühlt und der Rückstand gewogen. Die Rückstandmasse, ausgedrückt als Prozentsatz der anfänglichen Probenmasse, ist der% AIR.
% nicht umgesetztes Material
% nicht umgesetztes Material wird berechnet als% A.I.R, geteilt durch% Siliciumdioxid der in die Charge eingebrachten trockenen Rohmaterialien (SiO₂ und CaO).
Stampfschüttdichte
Das Calciumsilikathydratprodukt wurde in einem Ofen bei 105°C getrocknet. Der getrocknete Kuchen wurde unter Verwendung von Mörser und Pistill aufgebrochen und durch 250 μm Siebe gegeben, um Klumpen zu entfernen. Konglomeriertes Material, das die Siebe nicht passieren konnte, wurde von Hand gebrochen und erneut gesiebt. (100 ± 1 cm³) der gesiebten Probe wurde in einen vorgewogenen Messzylinder gegeben. Dieser Zylinder wurde 10 bis 15 Minuten auf einem Schütteltisch unter periodischem Rühren mit einem Drahtstück geschüttelt. Nachdem die Volumenreduktion aufhörte, wurden das Volumen und die Masse aufgezeichnet. Die Masse der Probe, geteilt durch das Volumen der Probe, ausgedrückt in kg/m³, wurde als Stampfschüttdichte aufgezeichnet.
Filtrationszeit
Filtrationszeit ist ein Maß für die Zeit, die eine 1,00 L Probe der Aufschlämmung benötigt, um das Wasser durch einen Büchner-Trichter mit 12,5 cm Durchmesser und Whatman Qualität 541 Filterpapier bei einer Aufschlämmungstemperatur von 25°C ± 5°C unter einem Vakuum von –60 kPa ablaufen zu lassen. Die Aufschlämmung sollte zwischen 10 Gew.% und 12 Gew.% Trockenfeststoffe enthalten. Die Startzeit ist, wenn die Aufschlämmung zuerst das Filterpapier bedeckt, und die Endzeit ist, wenn das Vakuum auf –30 kPa absinkt, wenn der Filterkuchen schrumpft oder Risse zeigt.
DTA - Wollastonit-Umwandlungsspitzentemperatur
Differentialthermoanalyse (DTA) ist ein Verfahren, das zum Charakterisieren von Calciumsilikathydraten verwendet wird. Das Testverfahren beinhalten das Erhitzen von etwa 30 mg Probe unter Stickstoffgas mit einer Rate von 20° pro Minute von Umgebungs temperatur auf 1000°C. Die Temperaturdifferenz zwischen einem leeren Referenzprobenhalter und der Probe wird gegen Temperatur gemessen. Die Tobermoritphase von Calciumsilikathydrat ist durch eine exotherme Umwandlung in die Wolhastonitphase bei Temperaturen zwischen 824°C und 840°C gekennzeichnet. Wollastonit-Umwandlungstemperaturen oberhalb von 840°C bis zu 900°C sind eher typisch für eine Reaktion, die nicht bis zu der Tobermoritphase abgelaufen ist.
Beispiel 2 - Zementöses Produkt unter Verwendung von CSH mit niedriger Schüttdichte
Das Calciumsilikathydrat mit niedriger Schüttdichte, das nach dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt worden ist, wurde dann zu einer Faserzementmatrix kombiniert, die durch einen Hatschek-Maschinenprozess zu einer flachen 10 mm Platte verarbeitet und bei 175°C (900 kPa gesättigter Wasserdampfdruck) 8 Stunden autoklaviert wurde. Die Formulierung und Eigenschaften des Materials sind nachfolgend beschrieben.
Eigenschaften von Flachplattenmaterial
Beispiel 3 - Synthese von Calciumsilikathydrat mit niedriger Schüttdichte
Das folgende Beispiel zeigt die Technik der Umwandlung von Kalk und gemahlenem Quarz-Siliciumdioxid in CSH mit vorwiegender Tobermoritphase in der kurzen Reaktionszeit von nur zwei Stunden mit nicht mehr als 10% nicht angesetztem Material.
Quarzsand mit einer durchschnittlichen Teilchengröße zwischen 0,3 und 0,5 mm wurde in einer vertikalen gerührten Kugelmühle gemahlen. Siliciumdioxid wurde auf eine Teilchengröße von D[90] = 8,84 μm gemahlen. Der D[90]-Wert gibt den Teilchengrößendurchmesser wieder, unter dem 90 Gew.% des Siliciumdioxids liegen, gemessen durch ein "Mastersizer" Teilchengrößenanalysegerät.
Der Kalk und das gemahlene Siliciumdioxid wurden dann in eine wässrige Aufschlämmung gemischt und in einem gerührten Druckgefäß umgesetzt. Das Molverhältnis von Kalk zu Siliciumdioxid betrug 1 : 1, und es wurde Wasser zugegeben, um eine Trockenfeststoffkonzentration von 4% ± 1% zu ergeben. Die Reaktion wurde in 40 Minuten von Umgebungstemperatur auf 170° ± 5°C und einen Wasserdampfdruck von 750 ± 50 kPa in dem gerührten Druckgefäß erwärmt und 2,0 Stunden auf diesen Bedingungen gehalten.
Der Reaktionsgrad wurde durch den Test auf säureunlöslichen Rückstand gemessen.
Eigenschaften von Calciumsilikathydrat mit niedriger Schüttdichte
Die Eigenschaften des Calciumsilikathydrats, wie es nach dem oben beschriebenen verfahren synthetisiert wurde, sind nachfolgend aufgeführt.
Beispiel 4 - Zementöses Produkt unter Verwendung von CSH mit niedriger Schüttdichte, Faserverstärkung und Belüftung
Die durch Zugabe von Calciumsilikathydrat mit niedriger Schüttdichte zu zementöser und einer Faserzementmatrix erreichbaren Dichten sind in diesem Beispiel beschrieben.
Formulierung 1 wurde hergestellt, indem eine Aufschlämmung aus 3 : 1 Wasser zu Feststoffen gemischt und zwischen zwei Sieben gepresst wurde, um die Aufschlämmung zu entwässern und ein monolithisches Plattenmaterial zu bilden. Die Platte wurde dann 8 Stunden bei 175°C dampfautoklaviert.
Formulierung 2 wurde hergestellt, indem die Bestandteile in einem Massenverhältnis von 3 : 1 Wasser zu Feststoffen gemischt wurden und dann dieselbe wie Formulierung 1 autoklaviert wurde. Das 1% Aluminiumpulver wurde zugesetzt, um die Belüftung der Aufschlämmung durch Reaktion unter Erzeugung von Wasserstoff zu unterstützen und die Dichte weiter herabzusetzen, und dann wurde autoklaviert.
Die resultierenden faserverstärkten Zementprodukte hatten die folgenden Eigenschaften:
Beispiel 5 - Silanbehandlung
Eine unerwünschte Eigenschaft des Faserzements ist das Kapillarsteigen von Wasser durch das Material nach oben, wenn die unteren Kanten in Wasser eintauchen oder durch dieses gesättigt sind. Das Phänomen ist auch üblicherweise als Dochtwirkung bekannt. Die hydrophile Beschaffenheit der zementösen Poren induziert die Kapillarwirkung von Wasser.
Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass das Kapillarsteigen von Wasser verringert oder gestoppt werden könnte, wenn die Oberflächeneigenschaften der Poren modifiziert werden könnten, um eine hydrophobe Porenoberfläche zu produzieren. Eine Silanchemikalie wurde aufgrund ihrer Fähigkeit zur Umsetzung mit den Hydroxylgruppen an den Porenoberflächen und seiner hydrophoben Beschaffenheit des Schwanzes des Moleküls ausgewählt.
Ein von Wacker Chemicals (GF 31) geliefertes Silan wurde gewählt, um die Hypothese zu testen. Methacryloxypropyltrimethoxysilan wurde verwendet, um eine erfindungsgemäß hergestellte zementöse Tafel mit niedriger Dichte zu behandeln, um die Geschwindigkeit zu verringern, mit der Wasser dochtartig durch die Tafel gesaugt wurde. Dieses Silan wurde gewählt, weil es sich gut an Acryle bindet, die die am weitesten verbreiteten Bindemittel in aktuellen Farbbeschichtungen für faserverstärkte Zementprodukte sind.
Das Silan wurde durch Hydrolysieren von 20 g Silan in 2 L 2 Gew.% Essigsäurelösung für 15 Minuten hergestellt. Zwei vorgetrocknete Tafelproben mit niedriger Dichte (250 mm × 250 mm × 10 mm) wurden 30 Minuten in der Lösung eingeweicht, entfernt und 12 Stunden bei 105°C getrocknet. Die Proben wurden auf Dochtwirkung und Wasserdurchlässigkeit untersucht und die Ergebnisse mit einer Probe unbehandelter Tafel verglichen.
Dochtwirkungsuntersuchungen beinhalteten das konstante Eintauchen der unteren 25 mm der Probe in sauberes Leitungswasser und Messen der Höhe, bis zu der das Wasser im Zeitverlauf in der Mitte der Probe hochgesaugt worden war.
Oberflächenwasserdurchlässigkeit wurde gemessen, indem eine Kreisfläche mit 50 mm Durchmesser einer quadratischen 250 × 250 Probe einer 1,22 m Wassersäule bei 23 ± 2°C für 48 Stunden ausgesetzt wurde und das Absinken des Wasserpegels über die 48 Stunden gemessen wurde. Das Resultat wird als ml Absinken pro Stunde angegeben.
Die Ergebnisse des Dochtwirkungstests sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.
Dochtwirkungsergebnisse
Oberflächenwasserdurchlässikeitsergebnisse
Die Ergebnisse zeigen, dass die Silanbehandlung die Dochtwirkung dramatisch verlangsamte oder sogar verhinderte, und dass die Oberflächenwasserdurchlässigkeit der Tafel im Wesentlichen verringert wurde.
Beispiel 6 (Vergleich) - Spritzgegossenes zementöses Produkt unter Verwendung von Calciumsilikathydrat (CSH) mit niedriger Schüttdichte
Das CSH mit niedriger Schüttdichte von einer Sorte mit der Bezeichnung "Microcel E", erhalten von Celite Corporation, wurde zu Faserzementformulierungen kombiniert und mittels eines Spritzgießverfahrens in ein geformtes Rohprodukt kombiniert. Das geformte Rohprodukt wurde dann 8 bis 12 Stunden vorgehärtet, dann wie in Beispiel 2 autoklaviert. Die Eigenschaften des "Microcel E", die Formulierung und die Eigenschaften des autoklavierten Materials sind in der folgenden Tabelle gezeigt:
Eigenschaften von "Microcel E"
Die obigen Formulierungen wurden mit Prozesswasser gemischt, um Aufschlämmungsmischungen mit einem Gewichtsprozentsatz Feststoffen von ungefähr gleich 12% bis 17% vor dem Spritzen in Formen und den Pressentwässerungsverfahrensschritten zu erreichen.
Eigenschaften des Flachplattenmaterial
Material wurde aus einem flachen Abschnitt des geformten und autoklavierten Produkts geschnitten. Die Dicke der Testprobe betrug ungefähr 8 mm.
Formulierung 1
Formulierung 2 Trockendichte = 0.82 g/cm³
Beispiel 7 - Zementöses Produkt unter Verwendung von Calciumsilikathydrat (CSH) und gemischtem Zement
Ein Calciumsilikathydrat mit niedriger Schüttdichte wurde hergestellt, indem 674 kg gemahlenes Siliciumdioxid (90 Gew.% < 28,7 μm), 326 kg Kalk und 5400 L Wasser für zwei Stunden bei 175°C in einem gerührten Druckgefäß umgesetzt wurden. Dieses Material wurde dann mit Fasern zu zementösen Matrizes kombiniert, um Flachplatten zu bilden. Faserverstärkte Zementplatten wurden unter Verwendung von drei Formulierungen produziert. Die Platten wurden hergestellt, indem die folgenden Materialien unter Bildung einer Aufschlämmung gemischt würden, dann die Aufschlämmung zwischen Sieben mit feinen Maschen gepresst wurde, um ein Plattenmaterial mit 12 mm Dicke herzustellen. Die Platten wurden bei 173°C (860 kPa gesättigter Wasserdampfdruck) fünf Stunden auto klaviert. Die Formulierungen und Eigenschaften des Materials sind nachfolgend beschrieben.
Eigenschaften der Flachplattenmaterialien
Beispiel 8 - Zementöses Produkt unter Verwendung von im Handel erhältlichem Calciumsilikathydrat mit niedriger Dichte
Ein Calciumsilikathydrat mit niedriger Dichte, das unter dem Handelsnamen "Silasorb" von Celite Corporation angeboten wird, wurde mittels eines Hatschek-Maschinenprozesses zu einer Faserzementmatrix kombiniert. Platten mit 11 mm Dicke wurden bei 175°C (900 kPa) gesättigtem Wasserdampfdruck) 8 Stunden autokla viert. Die Formulierung und die Eigenschaften der Materialien sind nachfolgend gezeigt.
Eigenschaften von Silasorb
Formulierung
Eisenschaften des Flachplattenmaterials
Das Calciumsilikathydrat der vorliegenden Erfindung ist für die Produktion zementöser Produkte für innere und äußere Anwendungen geeignet.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Allzweck-Faserzementbaumaterial mit niedriger Dichte, das zur Verwendung in einem weiten Bereich von Anwendungen geeignet ist. Die vorliegende Erfindung liefert die Möglichkeit, dicke Faserzementplatten herzustellen, während leichte Nagelung erhalten bleibt. Diese Eigenschaft liefert neue Möglichkeiten zur Entwicklung spezieller Produkte, wie Bauholzschnittersatz, Baubretter, Simse, Dachdeckmaterial, Dachüberhang- und Regenrinnenplatten und Komponenten dafür auf Außenoberflächen von Gebäuden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem besonders gut geeignet für den Hatscheck-Prozess, weil das beschriebene CSH-Material im Unterschied zu anderen üblichen Dichtemodifizierungsmittel wie Vermikulit und Perlit nicht aufschwimmt und beständig gegen Zusammendrücken ist. Diese Charakteristika zusammen mit seiner leichten Entwässerung und anderen oben beschrieben Merkmalen ermöglichen hohe Produktionsraten auf der Hatschek-Maschine.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ausgewählte Beispiele beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung viele andere Ausführungsformen aufweisen kann.

Claims

Verfahren zum Bilden eines zementösen Produkts, wobei ein zementöses Material, ein silikatisches Material und ein Material niedriger Schüttdichte zu Wasser hinzugefügt werden, um eine Aufschlämmung zu bilden, ein geformter Rohartikel aus der Aufschlämmung gebildet wird und der Artikel in einem Autoklaven gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material niedriger Schüttdichte eine Mischung aus Calciumsilikathydrat und nicht in Reaktion getretenem silikatischen Reaktionspartner ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material niedriger Schüttdichte eine Schüttdichte zwischen 0,06 und 0,3 g/cm³ hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Material niedriger Schüttdichte bereitgestellt wird durch Reagieren eines silikatischen Reaktionspartners mit einem kalkartigen Reaktionspartner in Gegenwart von Wasser unter Druck und erhöhter Temperatur, wobei wenigstens 90 Gew.-% des silikatischen Reaktionspartners eine Teilchengröße von weniger als 100 Mikron (100 μm) hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor der Bildung des geformten Rohartikels faserige und/oder andere Zusätze zu der Aufschlämmung hinzugefügt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geformte Rohartikel durch den Hatschek-Prozess gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geformte Rohartikel durch einen Filterprozess gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geformte Rohartikel durch Spritzgießen gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geformte Rohartikel durch Extrusion gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Reaktion vor der vollständigen Umwandlung der Reaktionspartner zu Calciumsilikathydrat beendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Reaktion für weniger als 4 Stunden durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Reaktion über eine Periode von bis zu 2 Stunden durchgeführt wird, wobei wenigstens 80% des kalkartigen Reaktionspartnermaterials zu Calciumsilikathydrat umgewandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei vor oder während der Reaktion Wasser in einer Menge von bis zu 30 mal dem Gesamtgewicht der silikatischen und kalkartigen Reaktionspartner hinzugefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die Reaktion bei einer Temperatur zwischen 120 und 250°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei die Reaktion bei einer Temperatur zwischen 160 und 180°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, wobei die Reaktion bei einem Druck zwischen 200 und 4000 kPa durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei die Reaktion bei einem Druck zwischen 600 und 1000 kPa durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 16, wobei der kalkartige Reaktionspartner und der silikatische Reaktionspartner in einem molaren Verhältnis von CaO:SiO₂ zwischen 0,1 und 1,2 miteinander reagiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 17, wobei der kalkartige Reaktionspartner und der silikatische Reaktionspartner in einem molaren Verhältnis von CaO:SiO₂ zwischen 0,3 und 0,8 miteinander reagiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 18, wobei der silikatische Reaktionspartner bei 90 Gew.-% eine Teilchengröße von weniger als 70 Mikron (70 μm) hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 19, wobei der silikatische Reaktionspartner bei 90 Gew.-% eine Teilchengröße von weniger als 50 Mikron (50 μm) hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der silikatische Reaktionspartner und/oder das silikatische Material amorph ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der silikatische Reaktionspartner und/oder das silikatische Material kristallin ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 22, wobei der kalkartige Reaktionspartner Kalk ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 23, wobei der kalkartige Reaktionspartner Ätzkalk ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 24, wobei der kalkartige Reaktionspartner mehr als 90% CaO enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der silikatische Reaktionspartner und/oder das silikatische Material ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Siliciumdioxid, Quarz, Quarzit, Quarzitsand, Kieselpur, Quarzstaub, Reishülsenasche, Flugasche, Hochofenschlacke, granulierter Schlacke, Stahlschlacke, kristalliner oder luftgekühlter Schlacke, geothermischem Silikamaterial und Mischungen davon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 26, wobei der silikatische Reaktionspartner und der kalkartige Reaktionspartner von einem einzigen Ausgangsmaterial stammen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 26, wobei der silikatische Reaktionspartner und der kalkartige Reaktionspartner von verschiedenen Ausgangsmaterialien stammen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zementöse Material ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Zement, Kalk, kalkhaltigem Material, Portlandzement, nicht weißem Zement, gemischtem Zement, hydriertem Kalk oder Mischungen davon besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zementöse Material und das silikatische Material von einem einzigen Ausgangsmaterial stammen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zementöse Material und das silikatische Material von verschiedenen Ausgangsmaterialien stammen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zementöse Produkt mit Silan, Siloxan und/oder Silikon behan delt wird, um seine Wasserabsorption und Oberflächenwasser-Durchlässigkeitseigenschaften zu reduzieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material niedriger Schüttdichte in ausreichenden Mengen hinzugefügt wird, so dass das resultierende zementöse Produkt eine Dichte zwischen 0,5 und 1,2 g/cm³ hat.
Formulierung zum Zubereiten eines zementösen Produkts, mit: einem zementösen Material, einem silikatischen Material, und einem Material niedriger Schüttdichte, dadurch gekennzeichnet, dass das Material niedriger Schüttdichte eine Mischung aus Calciumsilikathydrat und nicht in Reaktion getretenem silikatischen Reaktionspartner ist.
Formulierung nach Anspruch 34, wobei das Material niedriger Schüttdichte eine Schüttdichte zwischen 0,06 und 0,3 g/cm³ hat.
Formulierung nach Anspruch 34, wobei das Material niedriger Schüttdichte durch Reaktion eines silikatischen Reaktionspartners mit einem kalkartigen Reaktionspartner in Gegenwart von Wasser unter Druck und erhöhter Temperatur hergestellt ist, um das Material niedriger Schüttdichte zu bilden, wobei wenigstens 90 Gew.-% des silikatischen Reaktionspartners eine Teilchengröße von weniger als 100 Mikron (100 μm) haben.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, die ferner Wasser enthält.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 37, wobei das Material niedriger Schüttdichte in einer Menge bis zu 80 Gew.-% trockener Zutaten hinzugefügt wird.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 38, wobei das Material niedriger Schüttdichte in einer Menge bis zu 50 Gew.-% trockener Zutaten hinzugefügt wird.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 39, wobei das Material niedriger Schüttdichte in ausreichenden Mengen hinzugefügt wird, so dass das resultierende zementöse Produkt eine Dichte zwischen 0,5 und 1,2 g/cm³ hat.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 40, wobei die Menge des silikatischen Materials zwischen 10 und 80 Gew.-% trockener Zutaten liegt.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 41, wobei die Menge an silikatischem Material zwischen 40 und 65 Gew.-% trockener Zutaten liegt.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 42, wobei der silikatische Reaktionspartner und/oder das silikatische Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Quarz, Quarzit, Quarzitsand, Kieselgur, Quarzstaub, Reishülsenasche, Flugasche, Hochofenschlacke, granulierter Schlacke, Stahlschlacke, kristalliner oder luftgekühlter Schlacke, geothermischem Silikamaterial und Mischungen davon besteht.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 43, wobei der silikatische Reaktionspartner und/oder das silikatische Material amorph ist.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis. 43, wobei der silikatische Reaktionspartner und/oder das silikatische Material kristallin ist.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 45, wobei die Menge an zementösem Material zwischen 10 und 80 Gew.-% trockener Zutaten liegt.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 46, wobei die Menge an zementösem Material zwischen 30 und 40 Gew.-% trockener Zutaten liegt.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 47, wobei das zementöse Material ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Zement, Kalk, kalkhaltigem Material, Portlandzement, nicht weißem Zement, gemischtem Zement, hydriertem Kalk oder Mischungen davon besteht.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 48, wobei das silikatische Material und das zementöse Material von einem einzigen Ausgangsmaterial stammen.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 48, wobei das silikatische Material und das zementöse Material von verschiedenen Ausgangsmaterialien stammen.
Formulierung nach einem der Ansprüche 36 bis 50, wobei der kalkartige Reaktionspartner Kalk ist.
Formulierung nach einem der Ansprüche 36 bis 51, wobei der kalkartige Reaktionspartner Ätzkalk ist.
Formulierung nach einem der Ansprüche 36 bis 52, wobei der kalkartige Reaktionspartner mehr als 90% CaO enthält.
Formulierung nach einem der Ansprüche 36 bis 53, wobei der silikatische Reaktionspartner und der kalkartige Reaktionspartner von einem einzigen Ausgangsmaterial stammen.
Formulierung nach einem der Ansprüche 36 bis 53, wobei der silikatische Reaktionspartner und der kalkartige Reaktionspartner von verschiedenen Ausgangsmaterialien stammen.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 55, die ferner 0 bis 25 Gew.-% trockener Zutaten an Asbestfasermaterial enthält.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 55, die ferner 0 bis 25 Gew.-% trockener Zutaten an nicht-asbesthaltigem Fasermaterial enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Cellulosesholzfasern, nicht-hölzernen Cellulosefasern, Mineralwolle, Stahlfasern, synthetischen Polymerfasern wie Polyamiden, Polyester, Polypropylen, Polymethylpenten, Polyacrylnitril, Polyacrylamid, Viskose, Nylon, PVC, PVA, Rayon und Glas, Keramik oder Kohlenstoff und Mischungen davon besteht.
Formulierung nach Anspruch 57, wobei die Fasern Cellulosefasern sind, die gebleicht, ungebleicht, teilweise gebleicht oder Mischungen davon sind.
Formulierung nach einem der Ansprüche 56 bis 58, wobei die Menge an faserartigem Material zwischen 2 und 15 Gew.-% trockener Zutaten liegt.
Formulierung nach einem der Ansprüche 56 bis 59, wobei die Menge an faserartigem Material zwischen 5 und 14 Gew.-% trockener Zutaten liegt.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 60, die ferner 0 bis 40 Gew.-% trockener Zutaten an anderen Zusätzen enthält, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Füllstoffen, Brandverzögerern, Eindickern, Farbstoffen, Pigmenten, wasserdichtenden Mitteln, wasserreduzierenden Mitteln, wasserhaltenden Mitteln, Abbinderatenmodifizierern, Härtern, Füllstoffhilfsmitteln, Plastifizierungsmitteln, Dispergiermitteln, Treibmitteln, Entschäumern, Flockungsmitteln, Wasserabdichtungsmitteln, Dichtemodifizierern und Mischungen davon besteht.
Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 61, die ferner 0 bis 40 Gew.-% trockener Zutaten an anderen Zusätzen enthält, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Mineraloxiden, Mineralhydroxiden und Tonen, Metalloxiden und Hydroxiden, Magnesit, Dolomit, Aluminiumpulver, Aluminiumoxidtrihydrat, Kaolin, Glimmer, Metakaolin, Quarzstaub, Calciumcarbonat, Wollastonit, Methylcellulose und Mischungen davon besteht.
Zementöses Produkt, das das im Autoklaven gehärtete Reaktionsprodukt der Formulierung nach einem der Ansprüche 34 bis 62 aufweist.