Verfahren zur Herstellung eines auf der Oberfläche glasierten Körpers auf der Basis eines zumindest latent hydraulischen Bindemittels

B eschreibun

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines auf der Oberfläche glasierten Körpers auf der Basis eines zumindest latent hydraulischen Bindemittels.

Dabei umfaßt der Begriff "Körper" Formteile jeder Art wie Behälter, Rohre, Platten, aber auch monolithische Baukonstruktionen, die entweder in-situ auf inrer Oberfläche glasiert werden sollen oder mit einer Beschichtung versehen werden, aus der dann die Glasur gebildet wird.

Der Begriff "anorganisches, latent hydraulisches Binde¬ mittel" steht stellvertretend für bekannte Bindemittel und Bindemittelsysteme , zum Beispiel aus oder auf Basis von Portlandzement, Tonerdezement oder dergleichen, mit oder ohne Zusätzen (zB Hüttensand, Traß , Flugasche) und/oder Zuschlagstoffen. Insoweit umfaßt die Erfindung auch Verfahren zur Herstellung von glasierten Betonkörpern.

Der Begriff organisches Bindemittel steht ebenfalls stell¬ vertretend für bekannte Bindemittel dieser Gattung wie Stärke, Dextrin, Lignin, Polyvinylalkohol etc. Die Glasierung eines konventionellen Betons unter Einsatz üblicher Zemente, insbesondere Portlandzement, ist zwar vor kurzem vorgeschlagen worden (Interbrick, Vol. 3, No. 2, 1987, 30) . Das dort beschriebene Verfahren ist jedoch praktisch nicht durchführbar.

Eine Glasur, wie sie beispielsweise zur Beschichtuπg kera¬ mischer Formteile verwendet wird, muß nämlich beim Glasie¬ ren auf Temperaturen zwischen 900 und 1100° C erhitzt werde um eine Schmelzphase zu erreichen. Würde man jedoch einen zementgebundenen Grundkörper, hergestellt unter Verwendung üblicher anorganischer Bindemittel wie Portlandzement, in einem derartigen Temperaturbereich über ein entsprechen¬ des Zeitintervall glasieren, so würde dies schon bei sehr viel niedrigeren Temperaturen zu einer Zersetzung der im Betonkörper ausgebildeten Calciumsilikathydrate führen und Versuche haben gezeigt, daß bereits ab etwa 300° C ein Festigkeitsverlust des Betonkörpers von 80 % und mehr eintritt. Es ist offensichtlich, daß bei einem Glasur- vorgang, der einige Stunden in Anspruch nimmt, kein stabile Formkörper zu erhalten ist. Durch das aus den Calcium- silikathydraten abgegebene Wasser entstehen überdies Blasen die ebenfalls keinen gleichmäßigen Glasurauftrag ermög¬ lichen .

Sofern in der vorgenannten Veröffentlichung als Zuschlag¬ stoff Quarz vorgeschlagen wird, so führt auch dieser Zu- , schlagstoff aufgrund des bekannten Quarzsprunges letztend¬ lich zu einer Störung des Grundkörpers aus Beton bei der Glasierung .

Sofern in der japanischen Veröffentlichung vorgeschlagen wird, den (erheblichen) Festigxeitsverlust beim Glasur- brand zunächst in Kauf zu nehmen und den Beton-Grundkörper anschließend in Wasser zu legen, um eine Rehydratation zu erreichen, stellt sich auch dieser Vorschlag als rein theoretisch und praktisch nicht durchführbar dar, weil unter anderem das bei der vorhergehenden Temperaturbehand¬ lung zu CaO dehydratisierte Material nach Wasseraufnähme unter Bildung von Calciu hydroxid zu (bekannten) Treiber¬ scheinungen und damit einer mechanischen Zerstörung des Grundkörpers führen muß.

Auch der in der japanischen Patentanmeldung 86/160.558 offenbarte Vorschlag zur Herstellung eines glasierten Betonkörpers ist praktisch nicht durchführbar, weil zum einen die dort verwendete Blei-Borat-Fritte extrem unstabil ist und im übrigen auch hier ein Kalktreiben nicht verhin¬ dert werden kann.

Andererseits besteht ein dringendes Bedürfnis , Grundkörper aus anorganischen Bindemitteln zu glasieren, und zwar einerseits zur Herstellung entsprechender Formteile, an¬ dererseits aber auch für Reparaturzwecke. Beispielhaft seien hier Betonbehälter genannt, wie sie zum Beispiel in der Wasseraufbereitung Verwendung finden. Diese Behäl¬ ter werden im Laufe der Zeit infolge der Einwirkung des gespeicherten Wassers auf den Beton beschädigt und repara¬ turbedürftig. Eine Glasierung derartiger Behälter könnte hier Abhilfe schaffen, zumal der Einsatz zum Beispiel von Stahlbehältern oft sowohl aus herstellungstechnischen wie finanziellen Gründen ausscheidet.

Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie Körper auf der Basis eines zumindest latent hydraulischen, insbesondere anorganischen Bindemittels unter weitestgehender Erhaltung der Festigkeit glasiert werden können. Dabei ist im besonderen angestrebt, auf konventionelle Bindemittel zurückgreifen zu können.

Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß dieses Ziel auf zwei alternativen, jedoch eng verwandten Wegen erreicht werden kann, wobei jeweils auf einen hydraulisch gebundenen und folglich nur begrenzt thermisch stabilen Körper eine bei hoher Temperatur schmelzende Glasur aufgebracht werden kann, wenn dabei statt des ganzen Körpers nur die zum Aufschmelzen vorgesehene Schicht (die spätere Oberflächen¬ glasur) erhitzt wird. Dabei wurde auch erkannt, daß die als Glasur vorgesehene Masse (Füller) mit der Oberfläche des Grundkörpers über ein Bindemittel gebunden werden muß. Bei der Anwendung organischer Bindemittel werden diese bei der Glasierung thermisch zerlegt, bei anorga¬ nischen Bindemitteln verbleiben Bestandteile des Binde¬ mittels in der Glasur. Bei Verwendung eines anorganischen Bindemittels kann durch entsprechende Zuschlagstoffe, die schon bei kurzfristiger Temperaturbeanspruchung und bei Temperaturen deutlich unterhalb der Schmelztemperatur des hydratisierten Bindemittels mit dem Bindemittel ein Eutektikum ausbilden, die Temperatur zur Ausbildung der Glasur herabgesetzt werden. Schon eine kurze Temperatur¬ einwirkung von nur wenigen Sekunden reicht in der Regel aus, um Schmelzphase zu bilden, wodurch das darunterliegende Material keinen nennenswerten Temperaturbeanspruchungen unterworfen wird, wodurch sich die eingangs geschilderten Festigkeitsverluste vermeiden lassen.

In diesem Zusammenhang ist wichtig, daß die Schmelzphase bildenden Komponenten quarzfrei sind, um eine Volumen¬ vergrößerung aufgrund des Quarzsprungs zu verhindern, die zu einer "in-situ-Zerstörung" der Glasur führen würde Der zu glasierende Teil kann entweder die Oberfläche des Körpers selbst sein oder eine auf einen vorgeformten Körper aufgebrachte Beschichtung. Im ersten Fall wird quasi eine in-situ Glasieruπg erreicht, während die zweite Variante ein zweistufiges Verfahren voraussetzt, wobei zunächst ein Körper gebildet und dann auf diesen Körper eine Be¬ schichtung aufgebracht wird.

Bei Verwendung eines organischen Bindemittels bietet sich die zweistufige Verfahreπsführung an. Dabei wird auf einen vorgegebenen Körper eine Beschichtung aus dem organischen Bindemittel (Komponente A) und einem niedrig-schmelzenden Material (Komponente B) in Mischung mit einer Flüssigkeit wie Wasser aufgebracht, wobei die Schmelztemperatur der Komponente B jedoch gleich oder höher sein sollte als die Zersetzungstemperatur des organischen Bindemittels, damit dieses bei der anschließenden Temperaturbehandlung ausbrennen kann. Entsprechend dient das organische Binde¬ mittel hier in erster Linie dazu, die Beschichtung auf dem Körper festzuhalten (zu binden) . Durch nachfolgendes Trocknen wird die Verbindung der Beschichtung auf dem Körper noch verbessert.

Die Verfahren sind durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 im einzelnen beschrieben.

Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Diese nennen zunächst geeignete Zuschläge als Komponente

B, nämlich Feldspat, Hochofenschlacke und/oder Hüttensand, wobei Feldspat bevorzugt ist. Während ein nydratisierter anorganischer Zement oder Beton eine Schmelztemperatur von deutlich über 1.300° C aufweist, führt die Zugabe der ge¬ nannten Stoffe zu einer Reduzierung der Temperatur, bei der eine erste Schmelzphase gebildet wird, auf etwa 900° C und niedriger. Gleiches gilt, wenn eine keramische Fritte, insbesondere eine Pb-enthaltende Fritte, als Komponente B verwendet wird. Fritten bzw. Glaspulvergemische sind beson¬ ders vorteilhaft im Sinne der Erfindung, zumal einzelne Frit- ten Schmelztemperaturen von nur 700° C - 1.000° C aufweisen.

Um die Reaktivität zwischen Bindemittel und Schmelzphase bildender Komponente zu erhöhen, sollte die Schmelzphase bildende Komponente in einer Korngröße kleiner 1 mm, vor- zugsweise in Pulverform vorliegen. Je feiner das Material ist, um so reaktiver ist es. In diesem Fall genügen bereits einige Sekunden, um eine Schmelzphase im Oeerflächenbereich des Körpers auszubilden.

Da es bei Verwendung eines anorganischen Bindemittels erwünscht ist, kurzfristig eine Schmelze mit möglichst niedriger Schmelztemperatur im Oberflächenoereich zu errei¬ chen, wird weiter vorgeschlagen, den Anteil der Schmelzphase Dildenden Komponente auf mindestens 30 Gew.-% einzustellen. Versuche haben gezeigt, daß ein Anteil von 75 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, besonders günstig im Sinne der Erfindung ist. Aber auch beim Einsatz eines organischen Bindemittels als Komponente A können die Mengenanteile entsprechend gewählt werden, wie vorstehend beschrieben.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß auf konventionelle Bindemittel zurückgegriffen werden kann. Beispielhaft werden Portlandzement oder Tonerde¬ zement als anorganische Bindemittel Deziehungsweise Dextrin oder Lignin als organische Bindemittel genannt. Auch eine Kombination beider Bindemittelsysteme ist möglich. Ebenso können auch andere anorganische, zumindest latent hydrau¬ lische Bindemittel Verwendung finden. So kann zum Beispiel der Zementanteil teilweise durch Flugaschen oder andere puzzolanische Stoffe ersetzt werden. Ebenso ist es möglich, der Bindemittelphase inerte Zuschläge zuzugeben, um einen Mörtel oder Beton zu bilden, insbe¬ sondere bei Anwendung des in-situ-Verfahrens nach Anspruch 2. Als inerte Zuschlagstoffe kommen beispielsweise Basalt, Korund, Wollastonit, Ziegelbruch oder dergleichen in Frage. Der Zuschlag kann in konventioneller Weise aufbereitet werden, also insbesondere in stückiger oder körniger Form.

Ein gewisser Anteil an Eisenoxid in diesen Zuschlägen wirkt ebenfalls positiv im Sinne der Erniedrigung der Schmelztemperatur in der Oberfläche des Körpers, da Eisen¬ oxid ebenfalls wie ein Flußmittel wirkt.

Neben den genannten anorganischen Bindemitteln können aber auch Spezial-Bindemittel verwendet werden. Beispiel¬ haft wird ein Wasserglas in Kombination mit einem Siliko- fluorid genannt. Vorzugsweise ist das Silikofluorid ein Natrium- oder Kaliu silikofluorid , insbesondere ein Natrium- silikohexafluorid .

Ein solches Bindemittel zeigt folgenden Reaktionsmechanismu

2Na ₂ 0' (Si0 ₂ ) _χ + Na ₂ SiFg = 6NaF + (2x + 1) Si0 ₂

Danach bildet das Bindemittel ein hochdispergiertes drei¬ dimensionales Gerüst aus amorpher Kieselsäure aus, das geeignet ist, zu günstigen Festigkeitswerten zu führen-,

2 nämlich Biegezugfestigkeiten von über 5 N/mm und Druck-

2 festigkeiten von über 50 N/mm . Dabei wird von einem Binde¬ mittelanteil zwischen 20 und 30 Gew.-% ausgegangen. Der Einsatz des letztgenannten Bindemittels führt zu einer Aufbereitung, wie sie aus der Betontechnologie bekannt ist. Die Vermischung des Bindemittels mit dem Zuschlag¬ stoff führt zu plastischen Massen, die ohne weiteres zu Formteilen vergossen werden können. Besonders vorteilhaft ist, daß die Erhärtung in nur wenigen Stunden abläuft und spätestens nach 48 Stunden vollständig abgeschlossen ist .

Ebenso ist es auch möglich, Wasserglas und/oder Siliko- fluoride in bestimmten Mengenanteilen αem konventionellen Bindemittel zuzumischen.

Die auf einen Körper aufgebrachte Beschichtung kann sehr dünn sein, zum Beispiel kleiner 1 mm. Bei der Temperatur¬ behandlung schmilzt die Schicht dann bis zur Oberfläche des (Grund) körpers .

Bei Verwendung anorganischer Bindemittel kann aber auch eine dickere Beschichtung (zum Beispiel größer 2 mm) auf¬ gebracht werden, so daß nach dem Aufscnmelzen der Glasur zwischen Glasur und (Grund) körper noch ein nicht geschmol¬ zener Übergangsbereich . verbleibt .

Die Wärmebehandlung der nach dem Verfahren hergestellten Körper und damit die Glasierung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.

So kann die Oberfläche entweder direkt mit einer Flamme beaufschlagt werden. Ebenso ist aber auch eine Infrarot- Bestrahlung oder eine elektrische Beheizung möglich. Besonders bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem das Heiz¬ aggregat kontinuierlich über die Oberfläche des gebildeten Körpers geführt wird, und zwar so, daß einzelne Flächen¬ abschnitte des Körpers nur für wenige Sekunden, zum Beispiel 3 bis 10 Sekunden, der Temperaturbelastung ausgesetzt sind, wobei diese Zeit ausreicht, eine Schmclzphase auf der Oberfläche auszubilden, die nach Weiterführung der Heizeiπrichtung unter Ausbildung einer festen Glasur ab¬ kühlt.

Auf diese Weise lassen sich auch Reparaturmaßnahmen beson¬ ders einfach durchführen. Bereits eingangs wurde darauf hingewiesen, daß ein dringendes Bedürfnis besteht, schad¬ hafte Betonflächen zu reparieren, und zwar so, daß ein weiterer chemischer Angriff reduziert wird. In diesem Fall kann das schadhafte Betonteil mit einer Beschichtung gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 beschichtet werden. Beim Abbinden verbindet sich die neu aufgebrachte Schicht mit dem Basismaterial. Nachdem die Beschichtung hydratisiert und erhärtet ist, wird sie - wie vorstehend beschrieben - glasiert und auf diese Weise wird eine geschlossene, dichte glasierte Oberfläche ausgebildet, die das entsp're- chende Teil insbesondere gegenüber chemischen Angriffen besonders resistent macht.

Damit bietet die Erfindung eine überraschend einfache Möglichkeit an, glasierte Körper herzustellen oder einen Grundkörper mit einer glasierten Oberfläche auszubilden, und zwar - wie ausgeführt - nicht nur zur Herstellung neuer Formteile, sondern auch zur Reparatur bestehender Körper. Dabei wird aufgrund der nur kurzzeitig erniedrig¬ ten Temperatureinwirkung gegenüber konventionellen kera¬ mischen Glasurverfahren die Festigkeit des hydratisierten Basismaterials praktisch vollständig aufrechterhalten. Nach dem erfinduπgsgemäßen Verfahren hergestellte Körper können in den unterschiedlichsten Bereichen Verwendung finden. Sie sind preiswert herstellbar, da auf konventio¬ nelle Bindemittel oder Betone zurückgegriffen werden kann, und die Herstellung ist unproblematisch, da sowohl die Aufbereitung als auch Glasierung keine besonderen Vorrich¬ tungen oder Herstellungstechniken erfordert. Bei Versuchen wurde festgestellt, daß bei der Beflammung eines Bindemit¬ telsystems mit 25 Gew.-% Portlandzemeπt und 75 Gew.-% Feldspat bei einer Temperatur von 1.050° C bereits nach 3 bis 5 Sekunden eine geschlossene Glasurschicht von etwa 0,5 bis 1 mm Dicke erreicht werden kann, ohne daß es zu einer merklichen Zerstörung der Hydratphasen des Binde¬ mittelsystems im Basiskörper kommt, offensichtlich auf¬ grund der kurzen Wärmebehandlung und eines daraus resul¬ tierenden sehr steilen Temperaturgefälles.