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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.