DE720142C - Hitzebestaendiger Baustoff - Google Patents

Description

• Hitzebeständiger Baustoff Es sind bereits feuerfeste Baustoffe, insbesondere Mörtel, bekannt, welche im wesentlichen aus magnesium-orthosilicatreichen Stoffen, vorzugsweise Olivingestein, bestehen und welche als Bindemittel beträchtliche Mengen, z. B. etwa I5 bis 3o Gewichtsprozent, von Stoffen enthalten, welche, wie Bonate und Alkalisilicate, befähigt sind, beim Erhitzen der Mischungen auf höhere Temperaturen, z, B. 50ö bis Iqoo°, mit anderen in der Mischung vorhandenen Stoffen, wie z.B. Quarz, Oxyde des Calciums, Magnesiums, Aluminiums, Eisens u. dgl., zähe, glasige oder glasartige, das Magnesiumorthosilicatmaterial nicht wesentlich angreifende Schmelzen zu - bilden. Hierbei ist auch bereits vorgeschlagen worden, den Ansätzen noch- Kaltverfestigungsmittel, wie Natriumsilicat, Natriumaluminat, tonerdereicher Zement u. dgl., einzuverleiben. Es ist weiterhin bekannt, magnesiumorthosilicatreiches Material zunächst mit Flußmitteln, welche Kalk und Magnesia oder Chromit enthalten, zu versintern, das gesinterte Gut zu zerkleinern und das zerkleinerte Material unter Verwendung von tonerdereichem Zement als Bindemittel auf Förmkörper u. dgl. zu verarbeiten. Die Zufügung von zerkleinertem rohem Olivingestein wurde hierbei als schädlichangesehen. Die Verwendung vom Portlandzement als Binder wurde meit der Begründung ausgeschlossen, daß er bereits befm Erhitzen auf mittlere Temperatunen, z. B. 30o bis t3oo°, seine Bindefähigkeit durch Dehydratation verliere. Auch wurde der Standpunkt vertreten, daß Gemenge 'von Fortlandzearient und Olivin besonders leicht schmelzbar. und - daher nicht hitzebeständig seien: ' Ungebrannte, feuerfeste Erzeugnisse aus Magnesiumorthosilicatmaterial, welche mit Hilfe von Magnesiumoxychloridzement (Sorelzement j gebunden sind, besitzen den Nachteil, daß sie bei mittleren Temperaturen, z. B. bei etwa 80o°, nur eine verhältnismäßig geringe Festigkeit aufweisen.
• Es sind auch bereits Versuche zur Herstellung wasserbeständiger, feuerfester Erzeugnisse aus Mischungen von Magnesiumhydrosilicaten, wie Talk, Serpentin und Hornblende, mit Zement bekanntgeworden. Diese Erzeugnisse verlieren aber viel von ihrer Stärke und Festigkeit, wenn sie auf Temperaturen e rhitzt werden, bei denen Dehydratation der Hydrosilicate stattfindet. Sie verlieren bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ihre Festigkeit, indem sie zum Teil oder zur Gänze schmelzen.
• Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, Erzeugnisse, insbesondere alle Arten von Baustoffen, herzustellen, welche innerhalb eines weiten Bereichs widerstandsfähig sind gegen die Einwirktmng erhöhter Temperaturen, z. B. in dem Bereiche zwischen gewöhnlicher Temperatur bis zu I2oo bis I4oo° oder selbst bis zu t 5oo bis t 6oo°. Diese Aufgabe ist durch ein außerordentlich einfaches Verfahren unter Verwendung billigster Rohstoffe gelöst worden, und zwar derart, daß die Kosten so niedrig gehalten werden können, daß die Erzeugnisse für die verschiedensten Zwecke, insbesondere Bauzwecke, bei welchen es auf Hitzebeständigkeit, gegebenenfalls auch Feuerfestigkeit, ankommt. Verwendung finden können.
• Eingehende Versuche haben zu dem überraschenden Ergebnis geführt, daß pulverige bzw. feinpulverige Gemische von magnesiumorthosilicatreichem Material, wie z. B. Olivingestein (Dunit), mit kalkreichem Zement, wie Portlandzement, durch eifaches Abbinden mit Wasser in Erzeugnisse übergeführt werden können, welche nicht nur genügende Festigkeit und Stärke bei gewöhnlichen Temperaturen aufweisen, sondern ihre Festigkeit und Beständigkeit auch beim Erhitzen auf beliebige Temperaturen zwischen Raumtemperatur und etwa I3oa° beibehalten und welche gegebenenfalls durch Erhitzen noch eine Erhöhung der Festigkeit erfahren und sogar einen beträchtlichen Grad von Feuerfestigkeit erlangen können.
• Die Schmelztemperaturen von Erzeugnissen gemäß Erfindung sind überraschend hoch. Aus einer Mischung von 92 Gewichtsprozent Roholivin und 8 Gewichtsprozent Portlandzement kann man z. B. ein Baumaterial herstellen, welches selbst bei Temperaturen von etwa I58o° noch fest bleibt und bei I45o° eine Belastung von 2 kg/em2 zu tragen vermag. Erzeugnisse, welche aus einer Mischung Voll 92 %o des gleichen Olivin,gesteins mit 8 0%o tonerdereichem hydraulischem Zement r Calciumaluminatzement) hergestellt worden sind, fielen bereits bei etwa I43o° durch Schmelzen zusammen.
• Die Erfindung eignet sich für die Herstellung verschiedener Arten von Baustoffen, z. B. Mörtel, Stampfmassen, Formkörpern, wie Steinen, Rohren, monolithischen Gegenständen usw. Die Erzeugnisse gemäß Erfindung sind u. a. geeignet für die Herstellung feuerbeständiger Gewölbe, Treppen und anderer Teile von Gebäuden, für die Herstellung von Schornsteinen, Öfen, Feuerungen, Flammrohren, für hitzebeständige bzw. feuerbeständige Auskleidungen u. dgl.
• Das vorliegende Verfahren bietet den Vorteil, daß dem Magnesiumorthosilicatmaterial zur Glasbildung befähigte, verhältnismäßig teure Zusatzstaffe, wie z. B. Borate, nicht zugefügt zu werden brauchen und daß es auch nicht nötig ist, das magnesiumorthosilicatreiche Rohmaterial im voraus in Gegenwart von kalk- oder chromoxydbaltigen Flußmitteln zu calcinieren. Ein weiterer Vorzug vorliegender Erfindung liegt in der vorteilhaften Verwendbarkeit von kalkreichem Zement, z. B. Portlandzement, an Stelle von tonerdereichem hydraulischem Zement. Durch Verwendung von Portandzement wird vermieden, daß größere Mengen von den Schmelzpunkt herabsetzender Tonerde in die Erzeugnisse eingeführt werden. Hinzu kommt, daß bei Verwendung des sehr viel billigeren Portlandzements das Herstellungsverfahren z. B. mit Bezug auf Hydratation und Trocknung sich einfacher gestaltet als bei Verwendung von tonerdereichem Zement.
• Als magnesiumorthosilicatreiches Material wird vorteilhaft Roholivingestein, insbesondere eisenarme Dunite, verwendet. Die Mengenverhältnisse zwischen Magnesiumorthosilicatmaterial und Zement sind so zu bemessen, daß das Magnesiumorthosilicatmaterial überwiegt. Im ;allgemeinen soll der Gehalt der Trockenlinischung an Zement etwa 25 Gewichtsprozent nicht übersteigen und vorzugsweise nicht mehr als etwa 2o Gewichtsprozent betragen. Durch Anwendung pulveriger Mischungen, welche eisenarmen Dunit und etwa 5 bis 15, vorzugsweise 7 bis 12 Gewichtsprozent kalkreichen Zement, z. B. Fortlandzem@ent, enthalten, kann man durch einfaches Abbinden mit Wasser und Trocknen Baustoffe erhalten, welche sich durch sehr gute Hitzebeständigkeit auszeichnen. In manchen Fällen kann man sogar mit Zementzusätzen von etwa 2 bis 5 0'o gute Produkte herstellen; insbesondere dann, wenn die Formgebung mittels hydraulischen Preßdruckes vorgenommen wird. Das Magnesiumorthosilicatmaterial kann je nach dem Verwendungszweck zur Gänze oder zum Teil in pulveriger bzw. feinpulveriger Form angewendet werden. Bei Verwendung des Baustoffes als Mörtel wird-das Gesamtmaterial in Pulverform zur Anwendung gebracht.
• Bei Verwendung der Mischung als Stampfmasse oder zur Herstellung von Formkörpern kann man einen Teil des Magnesiumorthosilicatmateriäls in Pulverform und den Testliehen Teil in gröberer Form, z. B. in feinkörniger bis grobkörniger Form oder stückiger Form oder gegebenenfalls teils körnig, teils stückig, zur Anwendung bringen. In allen Fällen soll aber ein Teil des Magnesiumorthosilicatmaterlals in Pulverform z. B. mix Teilchengrößen, welche geringer sind als o, 5 mm und vorzugsweise geringer sind als o,2 bis o, I mm, vorbanden sein.
• Zwecks Erhöhung der Feuerfestigkeit der Erzeugnisse kann man den Mischungen von Magnesiumorthosilicatmaterial und Zement noch feuerfeste Zusatzstoffe, wie z. B. Chromerz, Magnesiumoxyd u. dgl., gegebenenfalls mehrere derartiger Zusatzstoffe, einverleiben.
• Bei der Herstellung von Formkörpern, z. B. Ziegeln, ist es vorteilhaft, den Wasserzusatz so zu bemessen, daß das Wasser gerade zu an Abbinden des vorhandenen hydraulischen Zements ausreicht. Hierdurch kann man Produkte von besonders geringer Porosität erhalten. Zwecks Herstellung niedrigporöser Erzeugnisse empfiehlt es sich weiterhin, die Ausgangsstoffe in solchen Korngrößen zur Anwendung zu bringen bzw. die Korngrößen so zu bemessen, daß die Zwischenräume zwischen den gröberen Körnern und Teilchen durch kleinere und kleinste Teilchen möglichst vollständig ausgefüllt werden und ein möglichst dichtes Gefüge entsteht und das dichte Einbringen der Mischung in die Form durch Maßnahmen, wie mechanisches Einrütteln (mechanische Vibration), zu begünstigen. Schließlich ist es noch vorteilhaft, zu diesem Zwecke die Formgebung unter höheren Drücken, z. B. hydraulischen Drücken, bis zu etwa I ooo kg /cm2, vorzunehmen.
• In Fällen, bei welchen mörtelartige Mischungen in etwa halbflüssigem Zustande angewendet, z. B. in Formen gefüllt werden sollen, kann die Menge des zugesetzten Wassers höher, als oben gesagt, bemessen werden, z. B. derart, wie es beim üblichen Anmachen von Mörtelerfolgt.
• Zwecks -Herstellung poröser Erzeugnisse z B. für Wärmeisolierung, für welche die Erzeugnisse sehr gut geeignet sind, werden mit Vorteil feinpulverige Mischungen verwendet und die Poren durch übliche Methoden, wie z. B. Schaumbildung, Entwicklung von Gasbläschen, Einverleibung fester, flüchtiger oder verbrennbarer Teilchen und Beseitigung derselben - durch Maßnahmen, wie Verdampfen oder Verbrennen, erzeugt.
• Bei der Herstellung poröser Erzeugnisse hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, den Mischungen größere Mengen von Wasser einzuverleiben, als für die Hydratation des Zements erforderlich sind.
• Die erfindungsgemäß hergestellten Formkörper werden einem Abbinde- und Trocknungsverfahren unterworfen, wie es für die Herstellung von Erzeugnissen aus Zement und Mörtel üblich ist. In manchen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dem bei gewöhnlicher Temperatur, gegebenenfalls in Gegenwart von Feuchtigkeit, stattiandenden Abbinden ein besonderes Trocknungsverfahren bei erhöhten Temperaturen, z. B. bei etwa I4o bis 2oo°, folgen zu lassen.
• Für manche Zwecke kann man die Erzeugnisse auch einem schwachen Brand z. B. bei Temperaturen zwischen etwa I ooo bis I2oo° unterwerfen, der in gewöhnlichen Ziegelöfen durchgeführt werden kann. Diese Arbeitsweise kommt z. B. in Betracht für die Herstellung poröser Produkte durch Einverleiben verbrennbager Teilchen in die Mischung und Ausbrennen derselben.
• Zur Herstellung feuerbeständiger Erzeughisse gemäß Erfindung kann man, wie bereits erwähnt, mit Vorteil Dunne verwenden, welche reich sind an Magnesiumorthosilicat und ar m an Eisen. Man kann aber z. B. auch Olivingestein verwenden, welches außer Olivin noch andere Magnesiumsilicate enthält, wie z. B. Dunit-Enstatit-Gestein. Für die Herstellung von Erzeugnissen von besonders guter Hitzebeständigkeit empfiehlt es sich, besonders reine Rohstoffe auszuwählen, z. B. Dunite, welche etwa 46, bis 5I % MgO und etwa 6 bis I o % Fe O enthalten. Erzeugnisse von besonders hoher mechanischer Festigkeit und Stärke werden erhalten, wenn man den Mischungen wenigstens, Io Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa I5 bis 2o Gewichtsprozent, von Magnesiumorthosilicatfeinmaterial einverleibt, welches sauf Teilchengrößen von weniger als o, I nm gebracht worden ist.
• Mit Vorteil wird Zement verwendet, welcher, wie Portlandzement, vorwiegend aus Calciumsilicaten besteht, z. B. mit Gehalten von etwa 67 % Ca 0 und etwa 22 0/a Si 02. Zwecks Herstellung vorn Erzeugnissen von großer Hitzebeständigke t kann man Zemente verwenden, die geringe Gehalte ;an Aluminiumoxyd, und zwar weniger ;als io %, vorzugsweise wen%er als 7% A12.03.; aufweisen. Es können aber ,auch Zemente verwendet werden, welche neben den Cälcium@silicaten des Portlandzementes noch etwas größere Mengen als die vorstehend genannten an Al2 O3. z. B. in Form von Calciumaluminatoder Calciumaluminatferrit, aufweisen, wenn es sich um die Herstellung solcher Erzeugnisse handelt, an welche strengere Anforderungen mit Bezug auf Hitzebeständigkeit nicht gestellt werden. Der Zement wird erfindungsgemäß immer in fein gemahlenem Zustande, d. h. in den für Zemente üblichen Feinheitsgladen, angewendet. Beispiele z. Olivingestein von der Zusammensetzung 42,o % Si o2, 48,4% Mg os o,5 % Al2O2, 6,2 % FeO, o,5 % Fe2O3, 0,3 % Cr2O3, o,2,% CaO, o,4% NiO, i,2 % H2O wird derart zerkleinert, daß das gesamte Gut durch ein Sieb mit Öffnungen vom o, I mm geht. 85 Gewichtsteile dieses Gutes werden mit I5 Gewichtsteilen Portlandzement von der Zusammensetzung 67 % CaO, 22% SiO2, 6 % Al2 O3, 3 % Fee 03, 2 %o Mg O innig vermischt und die Mischung mit 7 Gewichtsteilen Wasser, bezogen auf Ioo Gewichtsteile Trockensubstanz, gleichmäßig durchfeuchtet. Die feuchte Mischung wird alsdann mit Hilfe hydraulischer Preßdrücke von 27o kg/Cm2 zu Ziegeln gepreßt und diese bei etwa 2o'C etwa 7 Tage getrocknet. Die so behandelten Erzeugnisse zeigen eine Kaltdruckfestigkeit von 22o kg/em2, nach I 7stündigem Erhitzen auf 5oo° beträgt die Druckfestigkeit 5 I okg/cm2, nach weiterem 6stündigen Erhitzen auf 8oo° 26o kg/cm2 und nach weiterem g ständigen Erhitzen auf IIoo' 30o kg /cm2.
• 2. Olivingestein von der Zusammensetzung gemäß Beispiel I wird derart zerkleinert, daß 6o Gewichtsteile Korngrößen zwischen o,5 und 4,o mm und 32 Gewichtsteile Korngrößen unter o, I mm aufweisen. Dem zerkleinerten Gut werden 8 Gewichtsteile Portlandzement (wie in Beispiel I) zugemischt und während der Durchmischung 5 Gewichtsteile Wasser zugefügt. Die Mischung wird mit Hilfe von hydraulischen Preßdrücken von 27o kg/cm2 in Formkörper übergeführt und diese zunächst 7 Tage bei etwa I5°C und anschließend 24 Stunden bei I4o°C getrocknet. Die Kaltdruckfestigkeit der Erzeugnisse betrüg dann etwa 2ookg/cm2. Die Produkte konnten auf I58o°C erhitzt werden, ohne ihre Konsistenz zu verlieren.
• 3. Olivingestein (gemäß Beispiel I) wird wie folgt verarbeitet: 6o Gewichtsteile werden auf Korngrößen zwischen o,5 und 4,o mm gebracht. 22 Gewichtsteile werden m einer Kugelmühle -auf Maximalkorngrößen von o, I mm gebracht. I I Gewichtsteile des Olivingesteins werden in einer Kugelmühle mit 6 Gewichtsteilen Wasser auf Teilchengrößen von weniger als o,o8 mm gebracht. Das Gut mit Korngrößen von o,5 bis 4,omm wird mit I Gewichtsteil Wasser angefeuchtet, hierauf das trocken gemahlene und das naß gemahlene Feingut und 7 Gelvichtsteile vor Portlandzement zugemischt. Die Mischung wird in Formen gestampft und getrocknet 4. I oo Gewichtsteile von gepulvertem aschenarmem Koks mit Korngrößen von nicht mehr als i min werden einem Ansatz gemäß Beispiel I zugefügt, der aus 85 Gewichtsteilen fein gemahlenem Olivingestein und I5 Gewichtsteilen Portlandzement besteht, und mit einer zur Plastifizierung erforderlichen Wassermenge .angemacht. Die Masse wird alsdann geformt, getrocknet und die Formkörper in oxydierender Atmosphäre bei etwa Iooo° gebrannt und hierdurch durch Ausbrennen der Koksteilchen in poröse Gebilde übergeführt. Die Erzeugnisse sind ausgezeichnet verwendbar als hitzebeständiges Isolationsmaterial, z. B. für industrielle Feuerungen u. dgl.
• 5. 6o Gewichtsteile Olivingesteim (gemäß Beispiel I) mit Korngrößen von o,3 bis 2 mm, 22 Gewichtsteile Olivin mit Kerngrößen von weniger als o, I mm, I o Gewichtsteile von gesintertem Magnesit mit 92% Mg O, 3% Fee O3, 3 N Si O2 und 2% Glühverlust mit Korngrößen von weniger als o,2 mm und 8 Gewichtsteile Portlandzement werden innig miteinander gemischt und 5 Gewichtsteile Wasser eingearbeitet. Das Gut wird mit Hilfe einer hydraulischen Presse bei Drücken von Iooo kg/cm2 geformt, die erhaltenen Formkörper 8 Tage getrocknet. Die Erzeugnisse sind gut geeignet zum Bau von Öfen, Feuerungen u. dgl., die Temperaturen bis zu etwa I 62o' C aushalten.
• 6. 280 kg Olivingestein (gemäß Beispiel i ) mit Korngrößen von 15 bis 3o mm, i 8o kg von Korngrößen 7 bis 15 mm, Zoo kg- von Korngrößen o, i bis 2 mm, 20o kg mit Korngrößen von weniger als o, i mm werden mit 14o kg' Zement und 751 Wasser innig vermengt. Das Gemisch kann z. B. zur Herstellung von feuerfesten Böden, z. B. von Kühlöfen, verwendet werden. Die Einfüllung in Formen o. dgl. kann vorteilhaft mit Hilfe eines elektrisch betriebenen Vibrators erfolgen, um größtmögliche Dichtigkeit zu erzielen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung hitzebeständiger Erzeugnisse, insbesondere Baustoffe, dadurch gekennzeichnet, daß inagnesiumürthosilicatreiche. Stoffe, vorzugsweise Olivingestein, in Pulverform oder zum Teil pulveriger, zum Teil gröberer Form mit untergeordneten _ Mengen von kalkreichem Zement, vorzugsweise Portlandzement, z. B. etwa 2 bis I5 %, vorzugsweise 5 bis 2o %, innig gemischt und die Mischung, gegebenenfalls nach Überführung in Formkörper, durch Abbinden mit Wasser verfestigt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgangsmischungen mindestens Io Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa I5 bis 2o Gewichtsprozent, von Magnesiumorthosilicatmaterial einverleibt wird, welches auf Teilchengrößen von weniger als o, I mm gebracht worden ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsmischung neben Magnesiumorthosiliaatmateral noch andere feuerfeste Stoffe, wie z. B. Chromerz oder Magnesiumoxyd oder beide in gegenüber dem Magnesiumorthosilicatmaterial untergeordneten Mengen einverleibt werden. ` q
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei Herstellung von Formkörpern mit geringer Porosität der Zusatz von Wasser zu der Ausgangsmischung so bemessen wird, daß das Wasser gerade zum Abbinden des vorhandenen Zements ausreicht oder nur in ganz geringem Überschuß über die hierfürerforderliche Menge vorhanden ist.
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Herstellung von Erzeugnissen mit geringer Porosität die Korngrößen der Ausgangsstoffe so gewählt werden, daß die Zwischenräume zwischen den gröberen Körnen und Teilchen durch kleinere und kleinste Teilchen möglichst vollständig ausgefüllt werden, das Gut in möglichst dichter Packung in die Form gebracht und die Formgebung unter höheren Drücken, z. B. hydraulischen Drücken bis zu etwa Ioookg/cm2, vorgenommen wird.
6. 6. Verfahren mach Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Herstellung von Erzeugnissen von größerer Porosität den Ausgangsmischungen größere Mengen von Wasser, als für das Abbinden des Erzeugnisses erforderlich ist, einverleibt werden und gegebenenfalls noch Übliche Maßnahmen zur künstlichen Erzeugung von Poren, wie Schaumbildung, Gastreiben, Ausbrennen verbrennlicher Teilchen usw., angewendet werden.
7. 7. Verfahren nach Ansprüchen i bis 6, dadurch ,gekennzeichnet, daß die Erzeugnisse nach Abbinden einem Trockenvorgang bei erhöhten Temperaturen, z. B. etwa 1q.0 bis 200°, unterworfen werden. B. Verfahren ,nach Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugnisse deinem schwachen Brand, z. B. bei Temperaturen. zwischen etwa iooo bis 120o°, unterwarfen werden.