-
Säurefester Mörtel
-
Es sind säure feste Mörtel und Überzüge für Isoliersysteme bekannt.
Diese Mörtel werden im allgemeinen zum Binden bzw.
-
Verbinden von Isoliersystemen verwendet, die zyklisch sauren Umgebungen
ausgesetzt sind. So verwendet man beispielsweise in Industrie-Schornsteinen, z.
B. in einem Kohlekraftwerk, eine Ziegelverkleidung, die mit einem säurefesten, silikathaltigen
Mörtel gebunden ist. Der Mörtel und Ziegel sind säurefest, um eine Beschädigung
im wesentlichen durch Schwefelsäure zu vermeiden, die durch Hydrolyse von in den
Abgasen enthaltenen Schwefeloxiden entsteht.
-
Die ersten säurefesten Mörtel enthielten nasse Gemische aus Silikasand
und Natriumsilikat, die durch Verdampfung und Behandlung mit Säure "gehärtet" wurden,
und zwar entweder als Aufschlämmung oder während des Gebrauchs. Später wurden Abbindemittel
entwickelt, die den Silikatpulvern zugesetzt wurden. Üblicherweise verwendete Silikasol-Abbindemittel
sind Natriumsilikatglas (im Verhältnis von ca. 3,2), Natriumsiliziumfluorid (Na2SiF6),
Aluminiumphosphat (Al3(P03)3) und dergleichen.
-
Die Verwendung von Abbindemitteln in Silikasolbasismörteln führt zu
einer ungewöhnlichen und kostspieligen Zusammensetzung. Ferner kann das Vorhandensein
des Abbindemittels den auf Silikasol basierenden Mörtel für hohe Temperaturen
bei
Zellenglasisolation ungeeignet machen. Außerdem kann der durch die Verwendung des
Silikasol-Abbindemittels erzielte Vorteil einer schnellen Mörtelverfestigung, die
ein kontinuierliches Verlegen von Ziegeln ermöglicht, durch eine wesentliche Verringerung
der Topflebensdauer (Gebrauchsfähigkeitsdauer) des Mörtels beeinträchtigt werden.
Bekanntlich bewirken schon geringe Mengen von Feuchtigkeit in Packungen mit auf
Silikasol basierendem Mörtel, der ein Natriumsilikat-Glasabbindemittel enthält,
zunächst eine Auflösungsphase und schließlich einen Topflebensdauerabfall um etwa
eine halbe bis zu etwa zehn Minuten in bereits wenigen Monaten, und zwar infolge
der unkontrollierten Hydration des Natriumsilikats.
-
Silikasol-Mörtel, die ein Abbindemittel enthalten, sind nicht nur
kostspielig, sondern das Abbindemittel erhöht auch den pH-Wert soweit, daß innerhalb
einer unpassenden Zeit eine Gelbildung eintritt. Dennoch hat man diese Mörtel zum
Binden dichter säurefester Ziegelsysteme entwickelt. Die Ziegeldichten lagen in
der Größenordnung von 2245 Gramm pro Liter (140 pounds pro cubicfood), die einen
hinreichenden Druck auf die Mörtelverbindung gewährleistetenHm eine gute Bindung
zu erzielen. Außerdem waren die linearen Temperaturdehnungskoeffizienten von Ziegel
und bekannten Mörteln vergleichbar (ca. 7 - 9 . 10 6in/in OF), so daß die Gefahr
des Absplitterns und von Temperaturstoßschäden minimal waren.
-
In neuerer Zeit sind jedoch bessere isoliermittel entwickelt worden,
insbesondere in Form von Zellenglas- oder Schaumglas-bzw. Porenglas-Zusammensetzungen.
So hat man Zellen-Borsilikatglas- Zusammensetzungen in Form von Blöcken oder Tafeln
entwickelt, die säurebeständig sind und ausgezeichnete Isoliereigenschaften besitzen.
Die Zellensilikate unterscheiden sich jedoch sowohl in ihren mechanischen als auch
in ihren thermischen Eigenschaften wesentlich von Ziegeln, Das Zellen-Borsilikatglas
hat eine Dichte von nur etwa 144 - 241 Gramm pro Liter, was zwar in einer Hinsicht
ein wesentlicher Vorteil ist, andererseits jedoch keinen hinreichenden
Verbindungsdruck
zur Ausbildung einer guten Bindung bei bekannten Mörteln gewährleistet. Ein Zellenborsilikatglas
hat einen linearen Temperaturdehnungskoeffizienten von etwa 1,7 # 10-6 in/in/°F,
der wesentlich niedriger als der von Ziegeln oder bekannten Mörteln liegt.
-
Wie bereits erwähnt wurde, hat man bislang üblicherweise die Gelbildung
oder Abbindung von auf Silikasol basierenden Mörteln durch Zusetzen kleiner Mengen
eines Abbindemittels zur Mörtelmischung gesteuert (US-Patentschriften 2 995 453
und 3 024 125). Außerdem müssen die Teilchengrößenverteilung des Glaspulvers, d.
h. die spezifische Oberfläche der feinsten Kornbestandteile, und das Verhältnis
des Feinstkorns zum flüssigen Sol ebenfalls so gewählt werden, daß eine optimale
Gelbildung und Aushärtung innerhalb einer sinnvollen Zeit erfolgt. Außerdem ist
es äußerst wünschenswert, den Solbedarf möglichst gering zu halten, um die Kosten
des Mörtels möglichst gering zu halten, dessen Solbestandteil den kostspieligsten
Bestandteil des Mörtelgemisches bildet, und auch um Schlammrisse zu vermeiden. Daraus
fort, daß ein geringer Solgehalt einen geringen Feinstkorngehalt ergibt. Zu wenig
Feinstkorn ergibt jedoch einen trockenen und schwer zu verarbeitenden Mörtel auf
Solbasis. Wird dagegen zuviel Sol zugesetzt, dann führt dies zu einem Verwässern
bzw. Verlaufen oder Tropfen. Zuviel Feinstkorn erfordert dagegen eine unnötige Zugabe
von Sol, das dann einen schlammrißgefährdeten Mörtel ergibt.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine säurefeste Zusammensetzung
anzugeben, die zum Binden von Zellenglaskörpern geeignet ist und einen minimalen
Solbedarf hat, so daß sich ein mittels Maurerkelle oder dergleichen auftragbarer
Mörtel ergibt Außerdem soll ein auf Silikasol basierender Mörtel angegeben werden,
dessen Zusammensetzung mit der der Zellenglaskörper vergleichbar ist, die verbunden
werden, und die in der Lage ist, mit ausgewählten Silikasolen in der Weise zu reagieren,
daß sich ein Gel ergibt, das anschließend
zu einer haltbaren zementartigen
Masse aushärtet, die eine hohe Temperaturstoßfestigkeit aufweist und bei hohen Temperaturen
verwendbar ist. Die Mörtelzusammensetzung soll einen so geringen Solgehalt im Verhältnis
zu den Feinstkörnern aufweisen, daß sich ein mittels Maurerkelle oder dergleichen
auftragbarer Mörtel ergibt, der innerhalb einer vernünftigen Zeit aushärtet. Außerdem
soll eine säurefeste Mörtelzusammensetzung geschaffen werden, die eine konstante
Brauchbarkeitsdauer hat.
-
Nach der Erfindung weist eine zum Binden von Zellenglaskörpern geeignete,
säurefeste Mörtelzusammensetzung ein Gemisch auf, das etwa 26 - 60 Gewichtsprozent
feinpulvriges reaktionsfähiges Glas aufweist. Das pulverförmige reaktionsfähige
Glas hat im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die zu verbindenden Zellenglaskörper.
Das reaktionsfähige Glaspulver ist mit einem inerten Aggregat- oder Zuschlagstoff-Füller
im Bereich von etwa 23 - 61 °,' gemischt. Das feine reaktionsfähige Glaspulver und
der inerte Aggregatfüller sind mit einer colloidalen Silikalösung oder einem Silikasolbindemittel
von etwa 13 - 45 °,'3 gemischt.
-
Die bevorzugte Mörtelzusammensetzung nach der Erfindung enthält ein
feinkörniges reaktionsfähiges Glaspulver, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die
aus einem fein gemahlenen Zellenglaspulver, fein gemahlenem Behälterglaspulver und
fein gemahlenem Bruchglaspulver besteht. Das Verhältnis von fein gemahlenem Glaspulver
zu Solbindemittel wird zwischen etwa 1,8 - 1 und 2,0 - 1 gehalten. Ein Verhältnis
von Glaspulver zu flüssigem Sol in dieser Größenordnung ergibt den minimalen Solgehalt,
um ein mittels Maurerkelle oder dergleichen auftragbares Gemisch zu erhalten, das
innerhalb einer vernünftigen Zeit aushärtet. Vorzugsweise weist das fein pulverisierte
reaktionsfähige Glas fein zersplittertes Borsilikat-Zellenglas mit einem Schüttgewicht
im verdichteten Zustand von mehr als etwa 642 Gramm pro Liter und einer solchen
Teilchengröße, daß mehr als 50 Gewichtsprozent ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
wew OOw (S-Standard-Siebsatz-Nr.
-
200) und vorzugsweise alle Teilchen ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von etwa 0,044 mm (US-Standard-Siebsatz Nr. 325) passieren. Der inerte Aggregatfüller
weist verhältnismäßig grobe Teilchen im Vergleich zu dem fein gemahlenen Glaspulver
auf, und praktisch alle Teilchen des inerten Aggregatfüllers gehen durch ein Sieb
mit einer lichten Maschenweite von 0,84 mm (US-Standard-Siebsatz Nr. 20).
-
Vorzugsweise weist der inerte Aggregatfüller eine Silizium-oder Kieselzusammensetzung
auf, wie rundkörnigen Ottawa-Silikasand, wobei er ein größeres Festkörpervolumen
des Mörtels einnimmt. Der inerte Aggregatfüller enthält verhältnismäßig grobe Teilchen
im Vergleich zu dem fein gemahlenen Glaspulver. Der inerte aggregate Füller besitzt
thermische Eigenschaften, die mit denen der gebundenen Zellenglaskörper vergleichbar
sind. Grob gemahlene Zellenglasteilchen mit ähnlicher Größenverteilung wie der Silikasand
können ebenfalls als inerter Aggregatfüller verwendet werden. Auch Beta-Spodumen
oder Hartfeuerporzellan können anstelle von Silikasand als inerter Aggregatfüller
verwendet werden.
-
Am allergünstigsten ist eine Mörtelzusammensetzung, bei der das Glaspulver
von hundert Gewichtsteilen eines Gemisches aus feinpulverisiertem reaktionsfähigem
Glas und inertem Aggregatfüller etwa 36 Gewichtsteile und der inerte Aggregatfüller
die übrigen 64 Gewichtsteile ausmacht. Vorzugsweise weist der inerte Aggregatfüller,
bezogen auf hundert Teile der Zusammensetzung aus Aggregatfüller und feinpulverisiertem
reaktionsfähigem Glas, grobe Zellenglasteilchen in einer Menge von 8 Gewichtsteilen,
die im wesentlichen alle durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,50
mm (US-Standard-Siebsatz Nr. 35) gehen, und runikörniges Silikaglas (Hartglas) in
einer Menge von 56 Gewichtsteilen auf, wobei praktisch alle diese Teilchen durch
ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,50 mm (US-Standard-Siebsatz Nr. 35)
gehen.
-
Vorzugsweise ist das Silikasolbindemittel in einer Menge von etwa
20 Gewichtsteilen2 bezogen auf 100 Teile der Zusammensetzung
aus
feinpulverisiertem Zellenglas und inertem Aggregatfüller, vorhanden.
-
Durch entsprechende Wahl der Teilchengröße des fein gemahlenen Pulvers
und inerten Aggregatfüllers ergibt sich ein minimaler Silikasolbindemittelbedarf.
Ferner reagiert bei dem säure- und hitzebeständigem Mörtel nach der Erfindung das
Gemisch aus fein zersplittertem Glas, das eine mit der der gebundenen Zellenglaskörper
vergleichbare Zusammensetzung hat, mit einem alkalimetallstabilisierten Silikasol
in der Weise, daß eine Gelbildung und anschließend eine Aushärtung in eine haltbare
zementartige Masse erfolgt. Es hat sich außerdem herausgestellt, daß durch entsprechende
Wahl der prozentualen Mengen und Teilchengröße des fein gemahlenen Glaspulvers dieses
als Abbindemittel antelle der bekannten Abbindemittel, die in herkömmlichen Mörtelzusammensetzungen
verwendet werden, dienen kann.
-
Die Verwendung des fein gemahlenen Glaspulvers als Abbindemittel ergibt
eine längere Brauchbarkeitsdauer (Topflebensdauer) der Mörtelzusammensetzung.
-
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung ist ein Härtungsmittel
in der Mörtelzusammensetzung in einer Menge zwischen etwa 1 und 3 Gewichtsprozent,
vorzugsweise 2,0 Gewichtsprozent der Zusammensetzung vorhanden. Der Härter oder
das Aushärtungsmittel kann bei einem alkalischen Silikasol-Binder ein langsam hydrolisierbares
saures Material oder bei einem sauren Silikasol ein langsam hydrolisierbares alkalisches
Material aufweisen. Ein Benetzungsmittel kann ebenfalls zur Erleichterung des Auftragens
dieser Mörtel aus Zellenglaskörpern zur Bildung verbundener Anordnungen dieser Zellenglaskörper
verwendet werden.
-
Eine Anordnung aus Zellenglaskörpern, die durch die Mörtelzusammensetzung
nach der Erfindung verbunden sind, besitzt ausgezeichnete thermische Isolationseigenschaften,
eine hohe mechanische Festigkeit und ist äußerst temperaturstoßbeständig. Eine Anordnung
aus Zellenglaskörpern, die
durch den Mörtel nach der Erfindung
verbunden sind und bei Zimmertemperatur trocknen durften, hat mindestens 89 %0 der
Biegefestigkeit eines monolytischen oder ungebundenen Isolationsblocks. Ferner hatte
ein gebundener oder verbundener Block, der einer zyklischen Erwärmung von Zimmertemperatur
aus bis zu einer höheren Temperatur ausgesetzt wurde, 80 0/O der Biegefestigkeit
eines monolytischen Blocks.
-
Nach der Erfindung ergibt sich somit ein säure- und hitzebeständiger
Mörtel zum Verbinden von Zellenglaskörpern, dessen Zusammensetzung feingemahlene
reaktionsfähige Glasteilchen in einer Zusammensetzung, die mit der der verbundenen
Glaskörper vergleichbar ist, und einen Silikasol-Binder aufweist, wobei die Glasteilchengröße
und das Verhältnis der Glasteilchen zum Sol-Binder so gewählt sind, daß sich ein
minimaler Solbedarf ergibt.
-
Ferner erhält man einen säure- und hitzebeständigen Mörtel zum Verbinden
von Zellenglaskörpern, dessen Zusammensetzung feingemahlene Zellenglasteilchen aufweist,
die als Abbindemittel verwendet werden, so daß herkömmliche bekannte Abbindemittel
entfallen.
-
Sodann ergibt sich ein säure- und hitzebeständiger Mörtel zum Verbinden
von Zellenglaskörpern, bei dem die verbundenen Zellenglaskörper mindestens 80 C/o
der Biegefestigkeit unverbundener Zellenglaskörper und die Mörtel zusammensetzung
eine hohe thermische Isolationsfähigkeit und Temperaturstoßfestigkeit aufweisen.
-
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
-
Zellenglaskörper, wie Borsilikat-Zellenglaskörper, haben im wesentlichen
eine zellenartige innere Struktur, während die Glaszusammensetzungen gute Isolationseigenschaften
haben.
-
Die Herstellung der Glas zusammensetzungen erfolgt durch Schmelzen
von
Glasbildungssubstanzen und deren Formung, z. B. durch Extrusion, zu einem Stab oder
Rohr. Die geformten Glaszusammensetzungen werden danach fein gemahlen, so daß sich
ein zersplittertes Glaspulver ergibt. Das Glaspulver wird mit einem Zellenbildungsmittel
gemischt, das im allgemeinen etwa 0,1 bis 2 5 Kohlenstoff und 0,5 % Antimonoxid
aufweist. Danach wird das Gemisch bis auf Schmelztemperatur erwärmt, so daß das
Glas schmilzt und sich das Zellenbildungsmittel zersetzt oder vergast, um eine zellenartige
oder poröse Masse zu bilden. Danach wird die Glasmasse temperiert und langsam abgekühlt,
so daß es sich in gewünschte Formen verfestigt, und schließlich wird es in Zellenglaskörper
mit den gewünschten Abmessungen zerschnitten oder zersägt.
-
Zu den typischen Zellenglas-Zusammensetzungen, die günstige thermisch
stabile und gute Isoliereigenschaften aufweisen, gehören Borsilikat-Zellenglas oder
Zellensilikat. Das Glaspulver besteht vorzugsweise zum größten Teil aus sehr feinen
Teilchen, so daß z. B. mehr als 50 % der Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von 0,074 mm (US-Standard-Siebsatz Nr. 200) und vorzugsweise etwa 99
°Z0 durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,044 mm(US-Standard-Siebsatz
Nr. 325) gehen. Wie bei allen Mörteln kann die genaue endgültige Zusammensetzung
etwas in Abhängigkeit von der Teilchengrößenverteilung des Pulvers variieren, doch
hat sich herausgestellt, daß bei einem Pulver aus fein gemahlenem reaktionsfähigem
Glas, wie es nach der Erfindung vorgesehen ist, ein größerer Teil des Mörtels, z.
B. mehr als 26 5o und vorzugsweise etwa 26 - 60 Gewichtsprozent der Mörtelzusammensetzung,
ein Pulver mit der angegebenen Teilchengröße aus fein zersplittertem reaktionsfähigem
Glas aufweisen sollte. Es können jedoch einige Versuche erforderlich sein, um die
Nörtelzusammensetzung in Abhängigkeit von der Teilchengröße und chemischen Eigenschaft
des jeweils verwendeten reaktionsfähigen Glaspulvers zu optimisieren.
-
Nach der Erfindung enthält eine säurefeste Mörtelzusammensetzung außerdem
einen Silikasol-Binder zum Abbinden oder Gelieren des Mörtels. Das Silikasol-Bindemittel
kann etwa 13 3 - 45 Gewichtsprozent der Mörtelzusammensetzung ausmachen.
-
Geeignete Silikasol-Zusammensetzungen können handelsübliche colloidale
Silikalösungen aufweisen, die gewöhnlich etwa 30 - 50 Gewichtsprozent SiO2 enthalten
und vorzugsweise etwa 40 Gewichtsprozent enthalten sollten. Ein geeignetes Sol ist
das Sol LUDOX HS-40 der DUPONT Chemical Company, das die folgenden Eigenschaften
hat: Stabilisierungs-Ion Natrium Teilchengröße 13 - 14 Mikrometer SiO2 40 Gew.,°S
pH-Wert 9,7 Na20 (titriet! 0,43 SiO2/Na2O-Verhältnis 90 Eine Mörtelzusammensetzung
nach der Erfindung kann ferner ein langsames hydrolysierbares saures oder alkalisches
Material als Härtungsmittel zum Härten oder Aushärten des Mörtels nach dem Auftragen
auf einem Zellenglaskörper aufweisen. Der Härter kann ein herkömmlicher bekannter
Härter sein, z. B. Natrium-Siliziumfluorid und ein saures Aluminium-Phosphat (vgl.
z. B. die US-Patentschrift 3 445 257). Der Härter ist in dem Mörtel im allgemeinen
in einer Menge von etwa 1 - 3 Gewichtsprozent enthalten, doch kann diese Menge in
Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Härter verschieden sein.
-
Die erwähnten Härter können auch durch das feingemahlene reaktionsfähige
Glas in einer Menge von etwa 26 - 60 °,4 der Mörtelzusammensetzung als Härter oder
Abbindemittel ersetzt werden. Die Verwendung eines fein gemahlenen reaktionsfähigen
Glases, wie fein gemahlene Zellenglasteilchen, als Abbindemittel ergibt eine Mörtelzusammensetzung
auf Silikasolbasis mit besseren Eigenschaften, insbesondere
einer
längeren Brauchbarkeitsdauer als Sol-Mörtel-Zusammensetzungen mit herkömmlichen
Abbindemitteln. Die Verwendung eines feinpulverisierten reaktionsfähigen Glases
als Abbindemittel, das sich als reaktionsfähig mit durch Natrium-Ionen stabilisertem
Silikalsol erwiesen hat, ergibt innerhalb einer vernünftigen Zeit und unter Bedingungen,
die eine Verfestigung durch Trocknen ausschließen, ein Gel, das zu einer haltbaren,
zementartigen Masse aushärtet. Die fein zersplitterten Zellenglasteilchen enthalten
mehr als 1 ,eo Alkali, wie sich aus dem pH-Wert einer Wasseraufschlämmung dieses
reaktionsfähigen Glases ergibt, in der der alkalische Bereich größer als etwa 8
ist.
-
Die sich beim Gelieren und Abbinden abspielenden Reaktionsprozesse
sind noch nicht genau untersucht worden. Es ist jedoch festgestellt worden, daß
das reaktionsfähige Glas so stark durch das Sol angegriffen wird, daß der pH-Wert
des Sols bis auf einen Wert abnimmt, bei dem das Gelieren innerhalb einer vernünftigen
Zeit erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß dieses Sol bei einem pH-Wert von 9,7 nach
einer ziemlich unbestimmten Zeit stabil ist, dagegen bei einem pH-Wert von etwa
8 innerhalb von etwa 12 Stunden geliert. Das Beimischen von fein zersplittertem
Zellenglas zur Mörtel zusammensetzung verringert den pH-Wert des Gemisches auf etwa
8 und ergibt ein Gel mit einer Verfestigungszeit von etwa 10 Stunden.
-
Durch Verwendung von Teilchen mit einer ähnlichen Zusammensetzung
wie die der zu verbindenden Zellglaskörper ergibt sich ferner eine säurebeständige
Mörtelzusammensetzung mit einer Temperaturstoßfestigkeit, die mit der der Zellenglaskörper
vergleichbar ist.
-
Durch das Zusetzen von Zellenglasteilchen zur Mörtelzusammensetzung
ergibt eine erhöhte Zersplitterung eine Abnahme der Solflüssigkeitsmenge, die zur
Bildung eines mittels Maurerkelle oder dergleichen auftragbaren Mörtels erforderlich
ist.
-
Es hat sich herausgestellt, daß durch Wahl der Teilchengröße
der
Zellenglasteilchen entsprechend einem mittleren Fisher-Hilfssiebsortier-Durchmesser
von etwa 3,5 - 5,5 Mikrometer, bei dem 99 % der Teilchen ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von etwa 0,044 mm(US-Standard-Siebsatz Nr. 325) passieren, der Solbedarf
soweit verringert wird, daß er nur bei etwa 13 bis 26 Gewichtsprozent der Mörtel
zusammensetzung zu liegen braucht.
-
Nach der Erfindung wird das Gelieren und Härten der Mörtelzusammensetzung
durch entsprechende Wahl der Teilchengrößenverteilung der Glaspulverkomponente gesteuert.
Vorzugsweise werden die Teilchen in dem angegebenen Größenbereich gehalten.
-
Teilchen, deren Größe über dem bevorzugten Bereich liegt, ergeben
eine schwach zementartige Masse, die eine lange Gelierungs- und Härtungsdauer benötigt
und eine Verbindung mit geringerer Haltbarkeit ergibt. Das Gelieren und Härten hängt
auch vom Anteilsverhältnis der Teilchen zur Solflüssigkeit ab. Es hat sich herausgestellt,
daß die geringste Gelierungszeit im wesentlichen bei dem minimalen Solgehalt auftritt,
der zur Erzielung eines mittels Maurerkelle oder dergleichen auftragbaren Gemisches
bei Zellenglasteilchen mit einer in dem genannten Größenbereich liegenden Teilchengröße
erforderlich ist. Das bevorzugte Verhältnis von Teilchen zu Solflüssigkeit zur Erzielung
einer vernünftigen Gelierungs- und Härtungszeit von etwa 10 Stunden liegt im Bereich
von etwa 1,8 - 1 und 2,0 -1. Ein höherer, dieses Verhältnis verringernder Solanteil
hat sich als die Gelierungszeit verlängernd erwiesen. Außerdem wird die Gelierungsreaktion
verlangsamt, wenn die Festkörperkonzentration des Sols verringert wird.
-
Der Silika- bzw. Kieselerdegehalt des Sols liegt vorzugsweise bei
40 %, kann jedoch auch zwischen 30 und 50 % liegen, wobei die höhere Konzentration
den dichtesten, festesten und am wenigsten porösen Mörtel ergibt.
-
Eine auf Silikasol basierende Mörtelzusammensetzung, die ein Gemisch
aus Zellenglaspulver und Sol-Binder allein aufweist, ergibt einen Mörtel, der einer
Schlammrißbildung unterliegt, keinen "Körper" aufweist und eine größere Solkonzentration
benötigt, als wünschenswert ist. Erfindungsgemäß sollte die Mörtel zusammensetzung
daher einen großen Anteil eines Aggregat-oder Zuschlagstoff-Füllers mit einer Teilchengröße
aufweisen, die verhältnismäßig grob im Vergleich zu der des erwähnten fein gemahlenen
Zellenglaspulvers ist. Vorzugsweise wird ein Aggregat-Füller in einer Zusammensetzung
verwendet, die körnige Siliziumzusammensetzungen, wie in der Natur vorkommenden
Silikasand, aufweist. Ein typischer Sand dieser Art ist der rundkörnige Ottawa-Silikasand,
der Teilchen in kugeliger und eliptischer Form aufweist. Nachfolgend ist die bevorzugte
Größenverteilung des Aggregat-Füllers angegeben: Größenverteilung grober Bestandteile
Rundkorn-Sand US-Sieb-Nr. 30 Spurenmengen US-Sieb-Nr. 40 8 %0 US-Sieb-Nr. 50 41
% US-Sieb-Nr. 70 31 % US-Sieb-Nr. 100 14 % US-Sieb-Nr. 140 4 % US-Sieb-Nr. 250 1
wo Ein Aggregatfüller mit dieser Teilchengrößenverteilung verringert sowohl die
Kornoberfläche als auch das Zwischenraumvolumen des Aggregats bzw. Zuschlagstoffs
und damit auch den Solbedarf und verbessert die Auftragbarkeit des Mörtels mittels
Maurerkelle oder dergleichen bei geringerer Neigung des Mörtels zum "Verlaufen".
Dies ist ein großer Vorteil, weil bei einem solhaltigen Mörtel die kurze und/oder
nicht vorherbestimmbare Arbeitszeit dieses Mörtels ein inhirentes Problem ist. Der
Aggregatfüller weist etwa 23 - 61 Gewichtsprozent der Mörtelzusammensetzung
auf,
und infolgedessen muß die endgültige Zusammensetzung des Fülleraggregats so gewählt
sein, daß der Mörtel thermische Eigenschaften, insbesondere eine thermische Fxpansionsfähigkeit,
aufweist, die mit der der zu verbindenden Zellenglaskörper vergleichbar ist. Der
Silizium-Füller kann durch grob gemahlene Zellenglasteilchen mit einer ähnlichen
Teilchengrößenverteilung, d. h. daß im wesentlichen alle Teilchen durch ein Sieb
mit einer lichten Maschenweite von 0,50 mm (US-Standard-Siebsatz Nr. 35) hindurchgehen,
ersetzt werden. Zusätzlich kann die thermische Expansionsfähigkeit des Mörtelsdurch
vollständigen oder teilweisen Ersatz der Grobkornkomponente durch Beta-Spodumen
oder Hartfeuerporzellan abgeglichen werden.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mörtels
ist das Anteilsverhältnis der einzelnen Bestandteile so gewählt, daß sich ein minimaler
Solbedarf und ein mittels Maurerkelle auftragbares bzw. szreichfähiges Gemisch mit
geringerer Neigung zum"Tropfen" oder "Verlaufen" des Mörtels als bei herkömmlichen
Mörteln mit Zusätzen ergibt. Durch entsprechende Wahl des Anteilsverhältnisses von
Zellenglasteilchen zu Solflüssigkeit wird die bevorzugte Konzentration der fein
zersplitterten Zellenglasteilchen erzielt, bei der sich eine zementartige Aufschlämmung
zum Überziehen bzw. Verkleiden der Oberflächen der Zellenglaskörper und zum Füllen
der Zwischenräume des verhältnismäßig groben aggregierten Füllers ergibt.
-
Die bevorzugteste Mörtel zusammensetzung nach der Erfindung enthält,
bezogen auf 100 Gewichtsteile der jeweiligen Materialien, fein zersplittertes Zellenglaspulver
in einer Menge von etwa 36 Teilen, von denen 99 5; durch ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von ungefähr 0,044 mm (US-Standard-Siebsatz-Nr. 325) hindurchgehen,
grobe Zellenglasteilchen in einer Menge von 8 Teilen, von denen 99 °,0 durch ein
Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,50 mm (US-Standard-Siebsatz-IIr.
35) hindurchgehen, und rundkörnigen Silikasand in einer
Menge von
etwa 56 Teilen, von denen 99 0% ein Sieb mit einer lichten t4aschenweite von etwa
0,50 mm (US-Standard-Siebsatz-Kr. 35 passieren. Die genannten Bestandteile bilden
die Zusammensetzung des jeweiligen Materials, dem die colloidale Silikalösung LUDOX
HS-40 (siehe oben) in einer Menge von etwa 20 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht
des fein gemahlenen Zellenglaspulvers, des Silikasand-Aggregats und der groben Zellenglasteilchen,
zugesetzt wird.
-
Im folgenden werden weitere Beispiele zur Erläuterung der Erfindung
angegeben, wobei alle Anteile Gewichtsanteile sind, soweit nichts anderes angegeben
ist.
-
Beispiel 1 Die erfindungsgemäßen Mörtel werden in allen Fällen wie
herkömmliche Mörtel durch einfache Mischung der Bestandteile zubereitet. Beispielsweise
kann ein Mörtel durch einfaches Anmengen von Zellenglaspulver, Aggregatfüller und
Silikasol in einem Topf zubereitet werden. Ein Überzug aus zwei im Handel erhältlichen
Silikamörteln wurde auf Zellensilikablöcke mit den Abmessungen 35 mm x 62 mm x 224
mm (1-3/8" aufgetragen x 2-7/16" x 8-13/16")/. Die Zellensilikablöcke wurden in
der oben angegebenen Weise hergestellt und hatten die folgende Zusammensetzung:
79,2 04 SiO2, 18,4 °" B203 und 2,4 a K2O.
-
Die Mörtelüberzüge wurden nach den Herstellerangaben angefertigt,
und ein im Handel erhältlicher Natriumsilikatmörtel mit einem Silikasand-Füller
wurde in einer Dicke von 11 mm (1/8") in den Zwischenraum zwischen Blöcken eingebracht.
-
Die verbundene Blockanordnung wurde bei Zimmertemperatur getrocknet.
Nachdem 2 1/2 - 4 Monate lang Zimmertemperatur aufrechterhalten wurde, wurden die
verbundenen Glaskörper einer Dreipunkt-Biegefestigkeitsprdfung unterzogen. Bei monolytischen
(nicht vermörtelten) Glasblöcken mit einer Biegefestigkeit von etwa 7,03 kp pro
Quadratzentimeter bis etwa 8,45 kp pro Quadratzentimeter (100 - 120 psi),
wurden
die verbundenen Glaskörper bei etwa 74 °) der Biegefestigkeit der monolytischen
Blöcke beschädigt.
-
Diese Versuche wurden mit dem zweiten im Handel erhältlichen Silikasol-Mörtel
wiederholt. Auch hier wurde der Mörtel nach den Herstellerangaben zubereitet und
in den Zwischenraum zwischen Blöcken eingebracht. Die vermörtelten Blöcke wurden
bei Zimmertemperatur getrocknet, dann langsam auf 3160 C (6000 F) erwärmt und auf
Umgebungstemperatur abgekühlt. Der 3160 C-Zyklus wurde wiederholtXund die Verbindung
wurde während des Erwärmungszyklus schadhaft. Der Mörtel an der Grenzfläche zwischen
Mörtel und Glaskörper wurde nach zwei Zyklen schadhaft, so daß er bei einem Prozentsatz
der Biegefestigkeit monolytischer Blöcke die Schadhaftigkeit erkennen ließ.
-
Dieser Versuch wurde mit einem Mörtel wiederholt, der 30 O/o fein
gemahlenes Glaspulver aus Zellenglaskörpern, von dem im wesentlichen alle Teilchen
durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm (US-Standard-Siebsatz-Nr.
325) durchgingen, 53,3 Qó eines inerten Aggregats bzw. Zuschlagstoffs aus 46,7 ob
rundkörnigem Silikasand und 6,7 % groben Zellenglasteilchen mit einer solchen Teilchengröße,
daß im wesentlichen alle Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von 0,84 mm (US-Standard-Siebsatz-Nr. 20) durchgingen, und 16,7 go der colloidalen
Silikalösung LUDOX HS-40 (siehe oben) aufwies. Diese Bestandteile wurden einfach
zu einem Mörtel vermischt. Proben von Zellenglaskörpern aus Blöcken, die mit diesem
Mörtel verbunden waren, wurden in der oben angegebenen Weise hergetellt und nach
einer Zeit von 2 1/2 - 4 Monaten bei Raumtemperatur der Dreipunkt-Biegefestigkeitsprufung
unterzogen. Die verbundenen Glaskörper wurden bei 89 % der Biegefestigkeit von monolytischen
Blöcken mit einer Biegefestigkeit von etwa 7,03 kp pro Quadratzentimeter bis 8,45
kp pro Quadratzentimeter (100 - 120 psi) schadhaft.
-
Dieser Versuch wurde mit den gleichen prozentualen Anteilen der Bestandteile
von fein gemahlenem Glaspulver, inertem Aggregatfüller und colloidaler Silikalösungwiederholt.
Proben von Zellenglaskörpern, die mit diesem Mörtel verbunden waren, wurden bei
Zimmertemperatur getrocknet und daach einer zyklischen Erwärmung auf 3600 C unterzogen.
Die Erwärmung erfolgte langsam bis auf 3160 C, und dann ließ man die Proben bis
auf Zimmertemperatur abkühlen. Danach wurde der Erwärmungszyklus wiederholt. Und
nach weimaliger zyklischer Erwärmung auf 3160 C wurden die durch den Mörtel verbundenen
Zellenglaskörper einer Dreipunkt-Biegefestigkeitsprüfung unterzogen. Die eingemörtelten
Glaskörper wurden bei 80 55 der Biegefestigkeit monolytischer Blöcke schadhaft.
Der das fein gemahlene Zellenglaspulver und den inerten Aggregatfüller aufweisende
Mörtel, der die gleiche Zusammensetzung wie der verbundenen Zellenglaskörper aufweist
und mit einer colloidalen Silikalösung angemischt ist, wies daher eine gute mechanische
Festigkeit und ausgezeichnete Temperaturstoßbeständigkeit auf.
-
Beispiel 2 Zellenglaskörper nach Beispiel 1 wurden mit Mörteln nach
der Erfindung überzogen. Der Mörtel wurde in der Weise zubereitet, daß 48 48 fein
gemahlenes Glaspulver aus Zellenglaskörpern nach dem Beispiel, von denen im wesentlichen
das ganze Glaspulver eine Teilchengröße entsprechend einer lichten Siebmaschenweite
von etwa 0,044 mm (US-Standard-Siebsatz-Nr. 325) aufwiesen, 26 °,6 eines inerten
Aggregatfüllers aus Silikasand mit einer solchen Teilchengröße, daß im wesentlichen
alle Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84 mm (US-Standard-Siebsatz-Nr.
20) hindurchgingen, und 26 % colloidale Silikalösung gemischt wurden. Die Mörtelmischung
wurde in den Zwischenraum zwischen den Glaskörpern eingebracht. Beim Mischen der
Mörtelbestandteile zeigte sich, daß durch Erhöhung des prozentualen Anteils an Aggregatfüller,
d. h. Sand, des fein gemahlenen Glaspulvers der Solbedarf abnahm, das Gemisch jedoch
schwer mittels Maurerkelle
oder dergleichen auftragbar bzw. streichfähig
war. Andererseits zeigte sich, daß durch Steigerung des Anteils des fein gemahlenen
Glaspulvers auf Kosten des Füllers der Solbedarf zunahm und eine Neigung zur Schlammrißbildung
entstand. Infolgedessen läßt sich durch entsprechende Wahl des Verhältnisses von
Glaspulver zu inertem Aggregatfüller der Solbedarf auf ein Minimum verringern und
ein mittels Maurerkelle oder des gleichen auftragbarer Mörtel zubereiten, der innerhalb
einer passenden Zeit hart wird, ohne daß ein Abbindemittel vorhanden ist, und zwar
unter Verringerung der Bruch- und Tropfneigung des Mörtels.
-
Beispiel 3 Zellenglaskörper nach Beispiel 1 wurden mit einem erfindungsgemäßen
Mörtel überzogen. Die Mörtelzusammensetzung wurde in der Weise zubereitet, daß 57,5
% fein gemahlenes Glaspulver aus Zellenglaskörpern nach dem Beispiel, 40,0 °,ó der
colloidalen Silikalösung LUDOX HS-40 (siehe oben) und 2,4 90 Natriumsilikafluorid
einfach vermischt wurden. Mörtel tragende Zellenglaskörper wurden wie oben hergestellt
und danach einer zyklischen Erwärmung bis auf 4000 C unterzogen. Am Mörtel konnten
keine Schäden festgestellt werden. Sodann wurde die Erwärmung auf 900° C gesteigert,
aber weder am Mörtel noch an einem Glaskörper Schäden festgestellt, selbst nicht
nach vier Zyklen.
-
Damit war die Brauchbarkeit des Mörtels mit einem größeren Anteil
von fein gemahlenem Zellenglaspulver und derAleichen Zusammensetzung wie die der
verbundenen Zellenglaskörper nachgewiesen. Es zeigte sich ferner, daß eine Anordnung
aus diesen verbundenen Körpern eine hohe Säurefestigkeit, eine hohe mechanische
Festigkeit und eine hohe Temperaturstoßfestigkeit aufweist.
-
Beispiel 4 Zellen-Silikakörper, wie sie im Beispiel 3 angegeben sind,
wurden mit Mörteln überzogen, die mit der Ausnahme gleich
waren,
daß ein erster Mörtel 57,5 6 Zellenglaspulver mit durchweg größeren Teilchen als
es einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 (US-Standard-Siebsatz-Nr.
200) entspricht, während der zweite das gleiche Pulver mit einer solchen Teilchengröße
enthielt, daß mehr als 50 ea der Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von etwa 0,044 mm (US-Standard-Siebsatz-r. 325) hindurchgingen. Die übrigen Bestandteile
enthielten 40 eSó Silikasol und 2,4 ° Natriumsilikafluorid. Hierbei ergab das Pulver
mit der größeren Teilchengröße einen Mörtel, der bei Zimmertemperatur schadhaft
wurde, während das Pulver mit der kleineren Teilchengröße einen Mörtel ergab, der
dem glaspulverhaltigen Mörtel nach Beispiel 3 gleichwertig war.
-
Beispiel 5 Die Zubereitung des Mörtels erfolgte durch Mischen von
64 Teilen Silikasand, 30 Teilen fein gemahlenen Zellen-Borsilikat-Glas, 20 Teilen
Silikasol LUDOX HS-40 und 40 Teilen Aluminium-IIetha-Phosphat. Bei dem Silikasand
handelte es sich um einen in der Natur vorkommenden Rundkornsand mit einer solchen
Teilchengröße-, daß im wesentlthen alle Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von 0,074 mm (US-Standard-Siebsatz-Nr. 200) durchgingen. Es zeigte
sich, daß der Mörtel sehr leicht mittels Maurerkelle oder dergleichen auftragbar
war und eine ausgezeichnete Säurebeständigkeit aufwies. Zellen-Borsilika-Glasblöcke,
die durch den Mörtel nach dem Beispiel verbunden waren, wiesen gute mechanische
Eigenschaften auf, und der Einschluß eines inerten Aggregatfüllers mit dem fein
gemahlenen Glaspulver und silikasolhaltigen Mörteln, wie sie oben beschrieben sind,
wurde nachgewiesen.
-
Beispiel 6 ftin erfindungsgemäßer Mörtel wurde in der Weise zubereitet,
daß 87 '-' einer Zusammensetzung aus fein gemahlenem Glaspulver und inertem Aggregatfüller,
und zwar aus groben Zellenglasteilchen
nach dem Beispiel und rundkörnigem
Silikasand, mit 13 Qó Silikasol LUDOX HS-40 gemischt wurde. Das Gemisch aus fein
gemahlenem Glaspulver und einem inerten Aggregatfüller enthielt 26 ,% fein gemahlenes
Glaspulver mit einer solchen Teilchengröße, daß 99 °Ó der Teilchen durch ein Sieb
mit einer lichten Maschenweite von 0,50 mm (US-Standard-Siebsatz-Nr. 35) hindurchgingen,
und 61 5/0 rundkörnigen Silikasand mit einer solchen Teilchengröße, daß 99 % durch
ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,50 mm (US-Standard-Siebsatz-Nr. 35)
hindurchgingen. Der Mörtel wurde durch Mischen der Bestandteile zubereitet und erwies
sich als leicht mittels Maurerkelle oder dergleichen auftragbar und wies eine ausgezeichnete
Säurefestigkeit auf. Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Mörtels lag
zwischen etwa 0,95 . 10 6/o C (1,7 . 10-6/° F) und 3,77 . 1O6/o C (4 . 10 6/o F)
im Bereich von -17,8° C bis +2600 C (O - 5000 F) im Vergleich zu den Zellenglaskörpern
mit einem linaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 0,95 # 10-6/°C (1,7 #
10-6/°F). Die Naßdichte lag bei etwa 2,11 kg pro Liter (132 pounds/cubic foot) und
die Trockendichte bei etwa 1,89 kg pro Liter (118 pounds/cubic foot).
-
Eine Anordnung aus mittels dieses Mörtels verbundenen Zellen-Borsilikatglas-Blöcken
hatte eine wesentlich höhere mechanische Festigkeit als bei herkömmlichem Silikasol-Mörtel
mit einem Natriumsilikat-Abbindemittel.
-
Abweichungen von den dargestellten Beispielen liegen im Rahmen der
Erfindung.