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Verfahren zur Herstellung von Magnesiazementen Es sind wiederholt
Vorschläge gemacht worden, üblichen Magnesiazementmassen, insbesondere dem Steinholz,
durch Abänderung der gebräuchlichen Zusammensetzungen und Heranziehung neuartiger
Magnesiasorten eine größere Beständigkeit gegen Wasser und sehr feuchte Luft zu
verleihen. Die vorgeschlagenen abgeänderten Mischungen haben sich in der Praxis
in der Regel nicht einführen können, weil entweder der in ihnen enthaltene erhöhte
Anteil an Magnesia die Verlegung solcher Fußböden unwirtschaftlich machte, oder
weil die Formbeständigkeit den Normen nicht ge= nügte, oder weil die gute Schalldämpfung
und Wärmeisolierung des Steinholzes bei Verarbeitung dieser Mischungen nicht erreicht
wurde.
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Die Erh'äTtung der Magnesiazementmassei beruht bekanntlich in erster
Linie auf der Hydratisierung der gebrannten Magnesia und in zweiter Linie auf der
Bildung von Oxychloriden. Die letztere läuft nun nie so quantitativ ab, daß nicht
ein beträchtlicher Teil des Magnesiumchlorids nach erfolgter Abbindung
noch
übrig und damit wasserlöslich bliebe. Das etwaige Herauslösen von freiem Chlormagnesium
durch Wasser hat aber zur Folge, daß der Zement vermorscht.
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Iss wurde nun gefunden, daß der Anteil des löslich . bleibenden Magnesiumchlorids
um über die Hälfte zurückgeht, wenn man dem Mörtelpulver in besonderer Form aus
Magnesiumhydroxyd erzeugtes basisches Magnesiumcarbonat zusetzt. Die Festigkeit
der mit diesem Zusatz versehenen Zemente nimmt bei Wässerung trotz einer immerhin
noch vorhandenen Herauslösung von Chlormagnesium überraschenderweise nicht wie sonst
ab, sondern sogar deutlich zu.
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Zwar liegt in normal gebranntem Magnesit immer etwas basisches Carbonat
vor; es ist jedoch bekannt, daß ein merklicher Gehalt der Magnesia an dieser Verbindung,
z. B. 101/o, zum Treiben und zur Herabsetzung der normalen Festigkeit des Zements
führt. Auch hat, wie erwiesen, ein mehr oder weniger unvollständiges Brennen des
Magnesits auf die spätere Wasserfestigkeit keinen Einfluß, ebenso wie ein Zusatz
von gemahlenem Magnesit, Kalksteinmehl und von anderen natürlichen Carbonaten ohne
Einfluß bleibt.
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Demgegenüber unterscheidet sich das neue Verfahren dadurch, daß das
basische Carbonat aus Hydroxyd durch Kohlensäureeinwirkung oder Umsetzung mit Carbonaten
gewonnen und der gebrannten Magnesia zugesetzt wird. Das Hydroxyd wird zweckmäßig
auf nassem Wege aus mineralsauren Salzen des Magnesiums erhalten. Die Fällung des
Hydroxyds und dessen Carbonisierung kann gegebenenfalls im gleichen Gefäß und gleichzeitig
erfolgen. Das gefällte und vorsichtig getrocknete basische Magnesiumcarbonat ist
offenbar aktiver als ein in der Bruttozusammensetzung gleiches Gemisch aus gebrannter
Magnesia und natürlichen Carbonaten; es enthält etwa 30-1/o Kristallwasser.
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Das Verfahren besitzt außerdem noch den weiteren Vorteil, daß es das
zuweilen unverwertbar vorliegende Magnesiumhydroxy d für die Steinholzindustrie
mitanwendbar macht. Brennt man das Hydroxyd nämlich ohne vorlierige Behandlung mit
Kohlensäure oder Umsetzung mit Carbonaten, so erhält man ein für diese Industrie
viel zu leichtes Produkt, das beim Anmachen des Mörtels einen zu hohen Wasserbedarf
hat und nach dem Abbinden nur etwa 3o 1/o der üblichen Festigkeitswerte aufweist.
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Schließlich erreicht man noch durch den beschriebenen Zusatz eine
Verringerung der korrodierenden Wirkung des Steinholzes, wie sich besonders an den
unteren Schichten des verlegten Bodens beobachten läßt. In einem Zeitraum, in welchem
ein in üblicher Weise verlegtes Steinholz schon gefährlichen Lochfraß an ungeschütztem
Eisen bei normalem Schwankender relativen Luftfeuchtigkeit verursacht, kann man
bei Zusatz von basischem Carbonat keinen ernsthaften Schaden feststellen.
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Die überraschend gute Wasserbeständigkeit erreicht man auch, wenn
man das oben beschriebene, aus Hydroxyd erhaltene basische Carbonat kurz, aber bei
extrem hoher. Temperatur (z. B. 1200°C) glüht, die weit über der üblichen Temperatur
des Brennens von Magnesit liegt, und das gebrannte Erzeugnis allein oder gemischt
mit üblicher gebrannter Magnesia mit Chlormagnesiumlauge anmacht. Die Festigkeit
auch solcher Zementmassen wird nach dem Abbinden praktisch von Wasser nicht verändert.
Auf die Verwendung der handelsüblichen Magnesia kann hierbei ganz oder teilweise
verzichtet werden.
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Als anorganischer Füllstoff, den man dem Magnesiummörtel neben dem
organischen zusetzen kann, ist auch die Hochofenschlacke bekanntgeworden. Es wurde
festgestellt, daß dieser Zusatz allein den Festigkeitsabfall des Zements unter Wasser
nur verringern, aber nicht verhindern kann. Ersetzt man einen Teil der anorganischen
Füller jedoch durch ein Gemisch saurer Hochofenschlacke mit dem obenerwähnten basischen
Carbonat. so erhält man eine besonders gute Wasserfestigkeit; man beobachtet dann
sogar nach Lagerung unter Wasser gegenüber den nur luftgelagerten Proben einen Anstieg
der Druckfestigkeit um etwa 181/0.
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Die beschriebene bessere Haltbarkeit und Festigkeit durch Zusatz der
erwähnten geglühten und ungeglühten basischen Carbonate erhält man am ausgeprägtesten,
wenn man bei der Herstellung der letzteren aus Hydroxyd und Kohlensäure in Gegenwart
von etwas Ammoniak arbeitet, z. B. mit einer 1o- bis 30%igen Suspension von Hydroxyd
in n/2o-Ammoniumhydroxydlösung.
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Einen mindestens gleich guten Effekt erreicht man auch, wenn man auf
das Filter, auf dein sich das Hvdroxyd noch von dem vorhergehenden Waschen her befindet,
eine Lösung von Ammoniumbicarbonat aufbringt, oder wenn man feste Ammoniumcarbonate
in den Hydroxydteig hineinknetet. Nach beendigter Carbonisierung und einer etwaigen
Filtration wird das basische Carbonat bei Temperaturen unterhalb ioo° C getrocknet.
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Es ist bekannt, magnesiumchloridhaltige Magnesiamörtel in der Weise
zu bereiten, daß aus Magnesiumoxyd und Magnesiumchlorid ein in fester Form vorliegendes
Gemisch hergestellt wird, das man an der Baustelle mit Wasser anmacht. Es hat sich
nun weiter gezeigt, daß man auch den obenerwähnten
Trockengemischen
mit basischen Magnesiumcarbonaten zur Abbindung hinreichende Mengen Chlorid einverleiben
kann, wodurch Pulvermischungen erhalten werden, die nach dem Anmachen mit Wasser
erhärten und dann besonders wasserunempfindliche Massen, z. B. wasserfestes Steinholz,
ergeben. Den erforderlichen Chloridgehalt in der carbonathaltigen Mischung erhält
man entweder durch Zugeben von festem oder gelöstem Chlorid zum basischen Carbonat
oder durch vorsichtiges Einführen von unterschüssiger, zweckmäßig konzentrierter
Salzsäure vor der Trocknung.
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Man kann aber auch getrocknete und gemahlene basische Carbonate in
einem langsamen Strom von trockenem Salzsäuregas bewegen und dieses Reaktionsprodukt
dann gebrannter Magnesia zusetzen.
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Es ist zwar bekannt, zur Verlangsamung des Abbindevorganges gebrannte
Magnesia zu carbonisieren, d. h Kohlensäure aufnehmen zu lassen. Hierbei wird jedoch
nicht wie bei dem vorliegenden Verfahren ein basisches Carbonat von besonders guter
Abbindefähigkeit und daraus Massen von besonders hoher Festigkeit erhalten, und
außerdem sind die danach erzeugten Massen nicht genügend raumbeständig. Es kommt
demgegenüber für das vorliegende Verfahren darauf an, daß die Kohlensäure nicht
nach dem Brand der Magnesia von ihr aufgenommen wird, sondern auf das Magnesiumhydroxyd
einwirkt, bevor dieses gebrannt wird.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, basische Magnesiumcarbonate
zwischen 55o und 75o'° C zu brennen; vor einer Überschreitung der Brenntemperatur
von 75o° C wurde jedoch ausdrücklich gewarnt, weil dadurch die Abbindeeigenschaften
des Zements schlechter werden. Das erwähnte Verfahren hat sich aber nicht einführen
können, da man bei Innehaltung dieser Brenntemperaturen, z. B. 735°C, ein Pulver
erhält, das, ähnlich wie bei nicht carbonisiertem Hydroxyd, nur ein Schüttgewicht
(ungerüttelt) von o,152 'hat. Um mit einer solchen Magnesia zu einem glättbaren
Mörtel zu gelangen, muß dessen Wassergehalt von normalerweise 31 bis 35 0/ö auf
39% erhöht werden. Die Folge ist, daß die normale Druckfestigkeit des abgebundenen
Mörtels von etwa 3oo. kg/cm' dann nicht erreicht wird, und überraschenderweise sinkt
diese Festigkeit auch noch durch dreitägiges Wässern, im Gegensatz zu höher gebrannten
basischen Carbonaten nach vorliegender Erfindung, um 2,3,6%.
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Es war demgegenüber in keiner Weise zu erwarten, daß durch kurzzeitiges
Glühen des basischen Carbonats auf etwa z2oo!° C eine hinreichende Dichte und dabei
besonders reaktionsfähige und gute Zementmassen ergebende Magnesia erhältlich ist.
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Beispiele 1. Die nachstehende Tabelle zeigt sieben Steinholzmischungen
gleicher Mörtelkonsistenz, von denen nach 16tägiger Abbindezeit Proben 3 Tage unter
destilliertem Wasser von z9 bis 24.° C aufbewahrt wurden. Zusammen mit den ungewässerten
Proben wurden die gewässerten nach weiteren 5 Tagen der Prüfung auf Druckfestigkeit
unterzogen. Abbindung und Trocknung erfolgten unter 6o bis 8o % relative Feuchtigkeit.
Als anorganische Füller wurden Talkum und Schiefermehl benutzt. Die Zusammensetzung
und die absoluten Festigkeitswerte der Mischungen weisen gewisse Schwankungen auf,
da die Mörtelkonsistenz trotz wechselnder Dichten einiger Komponenten immer streichgerecht
sein muhte.
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Mischung i zeigt, wie bei dieser Behandlung ein nach dem heutigen
Stand der Technik gefertigtes Steinholz durch den Einfluß des Wassers etwa 2o% seiner
Druckfestigkeit (K. D.) verliert; Mischung 2 zeigt das gleiche Verhalten in verstärktem
Maß für eine künstliche Magnesia; Mischung 3 zeigt die Verbesserung der Wasserfestigkeit
durch Hochofenschlacke, die aber noch nicht bis zur Verfestigung des Steinholzes
unter Wasser führt; Mischung q. zeigt, wie die Wässerung praktisch ohne Einfluß
bleibt, was man erreicht durch Zusatz von 19,51/a eines Pulvers, gewonnen aus basischem
Mg C 03 und H Cl-Gas, entsprechend 9,6% Mg C12; Mischung 5 zeigt die beste Verfestigung
unter Wasser, erreicht durch Zusatz eines Gemisches von 4,7% basischem Mg C 03 und
i z,8 % einer sauren Hochofenschlacke; Mischung 6 zeigt, wie die Festigkeit durch
Wasser praktisch nicht beeinträchtigt wird, wenn die Magnesia über das basische
Carbonat als Zwischenstufe gewonnen wurde; Mischung 7 zeigt eine" weitere Verbesserung
der Mischung 6, wenn dieser noch 4,2'/o ungebranntes basisches Carbonat zugesetzt
sind; Mischung 8 zeigt eine Mischung, bei der von einer gebrannten Magnesia ausgegangen
wird, die nach dem Brand carbonisiert ist, d. h: noch etwas Kohlensäure aufgenommen
hat. Hierbei werden zwar zunächst günstige Festigkeitseigenschaften erhalten, jedoch
ist diese Masse nicht wasserbeständig und zeigt außerdem eine unzulässig hohe Schwindung;
Mischung 9 zeigt eine Mischung, die in gleicher Weise wie die Mischung 6 hergestellt
ist, wobei aber die Magnesia bei 7301° C geglüht ist.
| Mischung 1 2 3 4 5 6 7 3 9 |
| aus gebrannteMg0 wie |
| iristal- bas. (mit 2115 C02) bei 6, |
| Art der als Grund- lines aus Mg wie wie wie Car- wie carbonisiertnach |
| stoff dienenden Erzeug- (O H)2 bei bei bei bonat bei französischer
aber |
| bei Patentschrift bei |
| Magnesia nis des i2oo" C i I I I2oo° C £' 499 314 durch 730'
C |
| Handels kurz Aufnahme von |
| geglüht 2,7 % C02- Gas geglüht |
| Min. Glühzeit ... - 45 - - - 35 35 - 45 |
| 01J° MAO, techn. . 27,0 25,8 27,0 29,2 27,2 26,6 27,0
29,2 24,8 |
| °% MgCl@ ....... 10,1 8,4 9,4 9,6 10,o 1o,1 10,2 9,5
9,6 |
| °;'° Hz 0 ......... 33,8 35,9 31,4 37,2 33.5 34.0 34.3
31.9 38,7 |
| °anorgan. Füller |
| einschl. Farb- |
| stoff ......... 18,5 20,8 8,o 2,6 2,1 18,6 13,9 17,9
16,9 |
| °,j° bas. Carbonat -- - -- 9,9 4,7 - 4,2 - - |
| °;@° saure Hoch- |
| ofenschlacke.. - - 13,5 - 11,8 - - - - |
| ° ;, Holzmehl .... 1o,6 9,i 10,7 11,5 10,7 10,7 10,4
11,5 10,0 |
| °, ;,° Längenände- |
| rung in 6 Tagen 1 -I- 1,5 - z,251 -i- 0.5 +0,75 +0,5
-I- 1,0 -f- 1.0 -3,25 1 -I- 11,O |
| Druckfestigkeit nach 24 Tagen in kg, cm= |
| ungewässert..... 311 145 327 298 261 290 336 311 28o |
| gewässert ....... 249 43 299 3024 308 287 362
255 214 |
| °% Änderung |
| durch Wässe- |
| rung ......... -19,9 - 70,5 -- 8,6 -;- 1,3 -E-
18,0 -1 ,0 -E- 7,8 - 18,0 -23,6 |
2. Ein Steinholzmörtel nach Beispiel i, Mischung 1, wurde in einer Eisenblechdose
von 0,3 mm Wandstärke zu
30' mm hoher Schicht eingeformt. In eine ebensolche
Dose «wurde am gleichen Tage und in gleicher Weise ein Mörtel eingeformt, der 13,30/0
basisches Magnesiumcarbonat enthielt, die mit 11,30/0 Nlagnesiumchlorid zusammen
getrocknet waren. Beide Dosen wurden offen nebeneinander bei normaler Zimmerluft
aufbewahrt. Nach 1/a Jahr hatte die Mischung i an der unteren Hälfte der Höhe das
Blech an zahlreichen Stellen durchgefressen; die zuletzt beschriebene Mischung verursachte
keine Fehlstelle.