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高耐火性建筑板材和生产高耐火性建筑板材的方法

更新时间:2024-07-01
高耐火性建筑板材和生产高耐火性建筑板材的方法 专利申请类型:发明专利;
源自:德国高价值专利检索信息库;

专利名称:高耐火性建筑板材和生产高耐火性建筑板材的方法

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202080033156.3

专利申请(专利权)人:克瑙夫高新材料有限责任公司
权利人地址:德国多特蒙德

专利发明(设计)人:T·科斯洛夫斯基,W·施维巴赫,K·马丁,B·诺拉斯,A·克勒克纳

专利摘要:本发明涉及一种高耐火性建筑板材和生产高耐火性建筑板材的方法。

主权利要求:
1.一种高耐火性建筑板材,包含:
比例在20质量%至50质量%范围内的硬硅钙石,比例为8质量%至20质量%的膨胀珍珠岩,和纤维;并且基于膨胀珍珠岩的总质量的至少50质量%的膨胀珍珠岩,粒度最多为1.5mm,硬硅钙石形成一个基体,膨胀珍珠岩和纤维被嵌入其中。
2.根据权利要求1所述的建筑板材,其包含硬硅钙石、膨胀珍珠岩以及纤维,比例至少为33质量%。
3.根据权利要求1或2所述的建筑板材,其包含以下至少一种形式的纤维:玻璃纤维、纤维素纤维。
4.根据权利要求3所述的建筑板材,其包含碱土硅酸盐纤维形式的玻璃纤维。
5.根据权利要求1或2所述的建筑板材,其包含纤维,比例在1.5质量%至10质量%的范围内。
6.根据权利要求3的所述建筑板材,其包含纤维素纤维,比例在1质量%至6质量%的范围内。
7.根据权利要求3所述的建筑板材,其包含玻璃纤维,比例在0.5质量%至5质量%范围内。
8.根据权利要求1或2所述的建筑板材,其包含硬石膏。
9.根据权利要求1或2所述的建筑板材,其包含碳酸钙。
10.一种生产根据权利要求1至7、9中任一项所述的高耐火性建筑板材的方法,包括以下步骤:S1.提供填充料,所述填充料包含:含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分、膨胀珍珠岩、纤维和水;并且其中基于所述膨胀珍珠岩的总质量,至少50质量%的膨胀珍珠岩具有最多为1.5mm的粒度;
S2.使填充料成型;
S3.对成型的填充料施加压力和温度,使得含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分和水形成硬硅钙石。
11.一种生产根据权利要求8所述的高耐火性建筑板材的方法,包括以下步骤:S1.提供填充料,所述填充料包含:含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分、膨胀珍珠岩、纤维、硬石膏和水;并且其中基于所述膨胀珍珠岩的总质量,至少50质量%的膨胀珍珠岩具有最多为1.5mm的粒度;
S2.使填充料成型;
S3.对成型的填充料施加压力和温度,使得含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分和水形成硬硅钙石。 说明书 : 高耐火性建筑板材和生产高耐火性建筑板材的方法[0001] 本发明涉及一种高耐火性建筑板材和生产高耐火性建筑板材的方法。[0002] 建筑板材用于干墙建筑。例如,建筑板材被用作干墙建筑中的覆层元素,例如用于覆盖墙壁或管道。建筑板材也被用于,例如,建设隔断墙。特别是,建筑板材也被用来生产通风管道。[0003] 由于防火的原因,也经常需要高耐火性建筑板材,这也被称为防火板。[0004] 高耐火性建筑板材是已知的,例如,由水硬性水泥(特别是水硬性波特兰水泥)以及氧化铝水泥或高铝水泥制成的建筑板材。[0005] 此外,已知的高耐火性防火板材,其形式为硅酸钙板,也就是基于三组分CaO‑SiO2‑H2O体系中至少一种矿物相的建筑板材。由这种三组分体系组成的矿物相也经常被称为CSH相,基于这种相生产的建筑板材被称为CSH建筑板材。[0006] 在三组分的CaO‑SiO2‑H2O体系中,有许多矿物学相,它们在CaO、SiO2和H2O相的相应比例方面互不相同。在三组分的CaO‑SiO2‑H2O体系中,一个常见的矿物相是,例如,化学式为Ca5Si6O17·5H2O的矿物相雪硅钙石,建筑板材是在此基础上制造的。[0007] 然而,建筑板材经常使用的许多物质并不能使建筑板材具有很高的耐火性,因为例如,在不间断的高温载荷下,这些物质会分解或燃烧。[0008] 然而,为了提供高水平的防火性能,建筑板材必须能够在很长一段时间内承受不间断的高温载荷。[0009] 此外,通常希望建筑板材具有尽可能低的密度。不管密度有多低,同时,通常希望板材具有较高的机械稳定性,特别是在机械应力下。同时,还希望建筑板材易于例如使用钻孔、订书机或锯切进行机械加工。[0010] 本发明的根本目的是提供一种高耐火性建筑板材。[0011] 本发明的另一个目的是提供一种能够利用低密度来实现的高耐火性建筑板材。[0012] 本发明的另一个目的是提供这样一种高耐火性建筑板材,它可以以低密度提供,但同时这种板材甚至在长时间不间断的高温载荷下也能具有高机械稳定性。[0013] 本发明的另一个目的是获得这样一种高耐火性建筑板材,它可以以低密度提供,但同时甚至在长时间不间断的高温载荷下也具有高机械稳定性,其中建筑板材也易于机械加工。[0014] 本发明的另一个目的是提供一种使这种建筑板材可用的方法。[0015] 为了能够提供这样的建筑板材,根据本发明,提供了一种高耐火性建筑板材,建筑板材包括:[0016] 硬硅钙石;[0017] 膨胀珍珠岩;以及[0018] 纤维。[0019] 本发明基于令人惊讶的发现,即通过提供一种高耐火性建筑板材,可以实现上述目的,该板材由硬硅钙石、膨胀珍珠岩和纤维组成。[0020] 硬硅钙石是一种带有氢氧根离子的硅酸钙,或硅酸钙水合物,来自三组分CaO‑SiO2‑H2O体系。硬硅钙石的化学式是Ca6[Si6O17](OH)2。[0021] 在本发明的建筑板材中使用硬硅钙石组分的优势是,硬硅钙石不易燃,在900℃左右才开始分解。因此,硬硅钙石给本发明的建筑板材带来了高水平的防火性能。同时,由于其强度高,硬硅钙石给建筑板材带来了高机械稳定性。硬硅钙石的另一个优点是,这种化学相对健康没有危害,所以也可以在室内使用本发明的建筑板材。[0022] 本发明的建筑板材优选包括比例至少为20质量%的硬硅钙石,更优选比例在20质量%至50质量%之间,甚至更优选比例在20质量%至40质量%之间。[0023] 除非在个别情况下另有说明,本文所提供的关于本发明建筑板材块中某一组分的质量比例的信息,总是基于本发明建筑板材块的总质量,以质量百分比表示。[0024] 膨胀珍珠岩组分在本发明的建筑板材中具有相当大的优势。例如,膨胀珍珠岩只有低密度或低体积密度,使得由于膨胀珍珠岩在这种建筑板材中的比例,可以提供低密度的建筑板材。同时,膨胀珍珠岩具有机械稳定性和高耐火性,因此,在建筑板材中使用膨胀珍珠岩可以同时提供具有高机械稳定性的建筑板材,特别是即使在长时间不间断的高温载荷下。此外,膨胀珍珠岩对健康没有危害,所以可以在室内使用该板材。此外,由于膨胀珍珠岩的比例,该建筑板材也容易进行机械加工。[0025] 然而,特别是,根据本发明,还令人惊讶地发现,由于生产本发明的建筑板材的原因,膨胀珍珠岩对建筑板材特别有利。例如,膨胀珍珠岩的开孔体积可以部分地用硬硅钙石填充。这是由于在生产建筑板材的过程中,形成硬硅钙石的组分(即特别是含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分和水)渗透到膨胀珍珠岩的开孔体积中,在那里形成硬硅钙石,而膨胀珍珠岩的开放孔隙相应地至少部分地被硬硅钙石填充。然而,有多个原因证明这种利用硬硅钙石至少部分填充膨胀珍珠岩的开放孔隙的做法是有利的。例如,膨胀珍珠岩的吸收性因开放的孔隙被硬硅钙石填充而大大降低,因此,在对建筑板材进行任何浸渍时,只需要少量的涂层或疏水剂,例如涂上油漆或疏水剂,因为膨胀珍珠岩基本上只在表面上吸收这种物质。然而,当这种浸渍包含可能损害建筑板材的耐火性的有机组分时,这可能是特别有利的。此外,令人惊讶的是,人们发现膨胀珍珠岩的机械稳定性因部分嵌入膨胀珍珠岩的开放孔隙中的硬硅钙石而增加。这也增加了建筑板材的整体机械稳定性。[0026] 在这方面,一个特别优选的实施方案提出,膨胀珍珠岩的开放性孔隙部分地被硬硅钙石所填充。[0027] 令人惊讶的是,根据本发明,已经发现建筑板材中膨胀珍珠岩的粒度会是特别重要的,特别是对于建筑板材的机械稳定性,尤其是即使暴露在火中时。因此,如果膨胀珍珠岩越来越多地出现在建筑板材中,其粒度最多为1.5mm,那么本发明的建筑板材的机械稳定性就可以越来越高。在这方面,根据一个特别优选的实施方案,规定膨胀珍珠岩大体上或完全存在的粒度最多为1.5mm。[0028] 根据一个优选的实施方案,规定膨胀珍珠岩在粒度低于1.5mm的情况下至少有50%的质量,更优选至少有90%的质量,甚至更优选100%的质量。此外,可以优选的是,膨胀珍珠岩在0.01至1.5mm范围内的粒度至少为50质量%,更优选的是至少90质量%,甚至更优选的是100质量%。本文所提供的关于某种粒度的膨胀珍珠岩的质量比例的信息,在每种情况下都是基于本发明的建筑板材中膨胀珍珠岩的总质量。[0029] 建筑板材中膨胀珍珠岩的粒度优选地能根据建筑板材的抛光截面来确定,特别是使用抛光截面的显微镜分析,尤其是优选地使用成像、计算机辅助分析程序进行显微镜分析。[0030] 本发明的建筑板材优选包括膨胀珍珠岩,其比例在8质量%至20质量%之间,更优选在10质量%至15质量%之间。[0031] 使用纤维可以进一步提高本发明建筑板材的机械强度。在这方面,该建筑板材形成了一种纤维增强的复合材料,其中纤维被嵌入到建筑板材的基体中,而该基体是由硬硅钙石形成的。[0032] 本发明的建筑板材优选包括纤维,其比例在1.5质量%至10质量%的范围内,更优选的比例在2质量%至8质量%的范围内。[0033] 根据一个特别优选的实施方案,纤维的形式至少是以下类型的纤维之一:有机纤维或无机纤维。[0034] 有机纤维优选地是以下列类型纤维中的至少一种形式存在:纤维素纤维或碳纤维。如果有机纤维是纤维素纤维的形式,它们可以特别优选为牛皮纸纤维素纤维的形式。[0035] 该建筑板材优选包括纤维素纤维,特别是以牛皮纸纤维素纤维的形式,其比例在1质量%至6质量%的范围内,更优选在1质量%至4质量%的范围。[0036] 纤维素纤维,特别是牛皮纸纤维素纤维形式的纤维素纤维,优选地具有以下几何形状中的至少一种:平均纤维直径在10至30μm范围内,或平均纤维长度在0.5至3mm范围内。[0037] 无机纤维优选地是以玻璃纤维的形式出现,特别是优选为以下列类型的玻璃纤维中的至少一种形式出现:AES纤维、矿物纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维(Al2O3纤维)或硅酸盐纤维(SiO2纤维)。[0038] 根据一个特别优选的实施方案,规定玻璃纤维是AES纤维的形式。众所周知,“AES纤维”(=碱土硅酸盐纤维)是基于MgO‑CaO‑SiO2材料体系的玻璃纤维,即碱土硅酸盐纤维。特别优选的是高纯度的AES纤维,即除了MgO、CaO和SiO2的氧化物之外,只含有非常小比例的其他氧化物,因为这种纤维因此具有很高的耐火性,并能承受很高的应用温度。特别是AES纤维的一个优势是,它们不被归类为有害物质,特别是它们没有致癌性,因此,本发明的建筑板材,只要它包括AES纤维,就可以很容易地在室内使用。如果玻璃纤维是AES纤维的形式,它们的化学成分中SiO2的比例优选地至少为60质量%,更优选比例在60质量%至90质量%之间,甚至更优选比例在60质量%至85质量%之间,更优选比例在70质量%至85质量%之间。此外,AES纤维,就其具有上述SiO2的化学比例而言,优选其化学成分中MgO和CaO在总质量中的比例在10至40质量%范围内,更优选其比例在15至40质量%范围内,甚至更优选其比例在15至30质量%范围内。根据一个优选的实施方案,规定AES纤维,就其具有上述SiO2、MgO和CaO的化学比例而言,其进一步的化学物质的比例低于3质量%。上述有关AES纤维化学成分的信息是基于本发明建筑板材中玻璃纤维的总质量。[0039] 本发明的建筑板材优选地包含玻璃纤维,特别是以AES纤维的形式,其比例在0.5质量%至5质量%的范围内,更优选的比例在0.5质量%至4质量%的范围。[0040] 本发明的建筑板材优选地包含玻璃纤维,特别是具有上述化学成分的玻璃纤维,根据DINEN1094‑1:2008‑09标准,其分类温度至少为1200℃。[0041] 玻璃纤维的平均纤维直径优选地在5至10μm之间,更优选在7至9μm之间。[0042] AES纤维优选地具有以下几何形状中的至少一种:平均纤维直径在5至15μm范围内(更优选在7至9μm范围内)或平均纤维长度在1至10mm范围内。[0043] 根据一个特别优选的实施方案,纤维的形式是AES纤维和牛皮纸纤维素纤维。[0044] 在本发明的建筑板材中,硬硅钙石形成一个基体,膨胀珍珠岩和纤维被嵌入其中。[0045] 膨胀珍珠岩和纤维优选地均匀地分布在本发明建筑板材的体积中。[0046] 如上所述,高耐火性建筑板材,特别是所谓的防火板材,特别是以水泥凝固的板材形式,特别是基于水凝水泥,如波特兰水泥(Portlandcements)和氧化铝水泥,特别是高铝水泥,是已知的。然而,根据本发明,人们发现,本发明的建筑板材的耐火性,特别是机械强度会因这种水泥而恶化。特别是,当建筑板材经受温度载荷时,这些水泥也会对硬硅钙石的机械稳定性产生不利影响。因此,根据一个优选的实施方案,规定本发明的建筑板材没有或只含有非常小比例的水泥,特别是波特兰水泥、氧化铝水泥和高铝水泥。[0047] 本发明的建筑板材优选含有水泥,特别是水硬性水泥,尤其是波特兰水泥、氧化铝水泥和高铝水泥,但其比例低于10质量%,更优选比例低于5质量%,甚至更优选比例低于1质量%。[0048] 根据一个优选的实施方案,本发明的建筑板材包括硬硅钙石、膨胀珍珠岩和纤维,其比例至少为33质量%。此外,可以优选地规定本发明的建筑板材由硬硅钙石、膨胀珍珠岩和纤维组成,其比例最多为63质量%。根据一个优选的实施方案,本发明的建筑板材包括硬硅钙石、膨胀珍珠岩和纤维,其比例在33质量%至63质量%之间,更优选的比例在35质量%至55质量%之间。[0049] 本发明的建筑板材可以包括硬石膏作为进一步的组分。[0050] 这种以硬石膏形式存在的组分,即CaSO4,具有特别的优势,即硬硅钙石被硬石膏稳定下来,特别是当建筑板材受到温度载荷时。在这方面,硬石膏在大约1180℃的温度下开始内热分解,因此,本发明的建筑板材可以被冷却,并且可以延迟硬硅钙石的分解。[0051] 本发明的建筑板材优选包括硬石膏,其比例在0.5质量%至5质量%的范围内,更优选的比例在0.8质量%至2质量%的范围内。[0052] 本发明的建筑板材可以包括碳酸钙作为进一步的组分。[0053] 碳酸钙,即CaCO3,可以以下列至少一种矿物学相存在于本发明的建筑板材中:方解石、文石或瓦特石。[0054] 就像硬石膏一样,碳酸钙也有稳定建筑板材块中的硬硅钙石的优势,特别是在温度载荷的情况下。因此,碳酸钙从825℃左右的温度开始内热分解,这样,建筑板材也可以被冷却,并且可以抑制硬硅钙石的分解。[0055] 本发明的建筑板材优选包括碳酸钙,其比例在1质量%至10质量%之间,甚至更优选在1质量%至5质量%之间。[0056] 根据一个优选的实施方案,规定本发明的建筑板材块包括硬硅钙石、膨胀珍珠岩、纤维、硬石膏和碳酸钙,其比例至少为35质量%。此外,优选地规定本发明的建筑板材包括硬硅钙石、膨胀珍珠岩、纤维、硬石膏和碳酸钙,其比例最多为70质量%。根据一个优选的实施方案,规定本发明的建筑板材块包括硬硅钙石、膨胀珍珠岩、纤维、硬石膏和碳酸钙,其比例在35质量%至70质量%范围内,更优选的是在37质量%至57质量%范围内。[0057] 在本发明的建筑板材的生产过程中,特别是使用下面更详细描述的本发明的方法,可以形成进一步的阶段。这些另外的化学相尤其可以是三组分CaO‑SiO2‑H2O体系中的相,而不是以硬硅钙石的形式出现(以下简称“另外的CSH相”)。特别是,这些进一步的CSH相可以是以下相的至少一种形式:片柱钙石(Ca7Si6O18CO3(H2O)2)、雪硅钙石(tobermorite)或X射线无定形硅酸钙相(所谓“硅酸钙凝胶相”或“CS凝胶相”)。[0058] 在这方面,优选地规定本发明的建筑板材具有这些另外的CSH相,其比例低于65质量%,特别是比例在30质量%至65质量%的范围内,更优选比例在43质量%至63质量%的范围。[0059] 本发明的建筑板材优选包括雪硅钙石,其比例最多为25质量%,更优选的比例在10质量%至25质量%之间,甚至更优选的比例在10质量%至20质量%之间。[0060] 本发明的建筑板材优选包括比例不超过10质量%的片柱钙石,更优选比例在1质量%至10质量%之间,甚至更优选比例在1质量%至8质量%之间。[0061] 本发明的建筑板材优选地包括X射线无定形硅酸钙相,其比例在20质量%至30质量%之间。[0062] 根据一个实施方案,可以规定本发明的建筑板材块包括硬硅钙石、膨胀珍珠岩、纤维、硬石膏、碳酸钙和其他CSH相,其总质量至少为92质量%。根据一个实施方案,可以规定本发明的建筑板材含有的硬硅钙石、膨胀珍珠岩、纤维、硬石膏、碳酸钙和其他CSH相的比例在92质量%至100之间,更优选的是比例在96质量%至100质量%之间。[0063] 本发明的建筑板材可以包括一定比例的石英,这些石英特别是在生产本发明的建筑板材时特别是使用下面更详细描述的本发明的方法产生的。本发明的建筑板材中,石英的比例优选地为最多10质量%,更优选的比例为1质量%至10质量%,甚至更优选的比例为1质量%至5质量%。[0064] 板材的矿物学成分优选地通过X射线衍射分析来确定,特别是优选地通过里特维尔德法(Rietveldmethod)。[0065] 关于板材的化学成分,后者优选地是SiO2的比例为40至50质量%,更优选42至48质量%,以及CaO的比例为35至45质量%,更优选36至43质量%,甚至更优选38至43质量%。[0066] 板材的化学成分是通过X射线荧光分析来确定的,遵循的标准为DINENISO12677:2013‑02。[0067] 此外,板材的化学成分在点燃时的损失比例可以在5质量%至15质量%之间。点燃时的损失尤其可能是由结晶水和建筑板材中的纤维素纤维造成的。[0068] 该板材优选地具有化学成分,其中Al2O3的比例低于3质量%,特别是在1至<3质量%的范围内。[0069] 此外,该板材优选具有化学成分,根据该化学成分,Fe2O3、SO3、MgO、K2O和Na2O各自以低于1质量%的比例存在,其中这些物质中的一种、多种或全部可以以低于1质量%的比例存在于该建筑板材中。[0070] 该板材优选地具有一种化学成分,根据该成分,SiO2和CaO的比例至少为80质量%,优选地是SiO2和CaO的比例在80至90质量%的范围内,甚至更优选的比例在82至88质量%的范围内。[0071] 此外,关于建筑板材的化学成分,CaO与SiO2的质量比优选地低于1.0,特别是在0.85至<1.0之间。[0072] 由于本发明的建筑板材中使用了膨胀珍珠岩,因此可以为后者提供低密度。本发3 3明的建筑板材优选地具有至多900kg/m的密度。建筑板材的密度特别优选在400至900kg/m之间。密度是在105℃下干燥至恒定重量后测定的。[0073] 本发明的建筑板材优选地具有10至60mm的厚度。[0074] 由于高度的机械稳定性,特别是考虑到防火载荷,本发明的建筑板材可以有很长的长度。在这方面,本发明的建筑板材可以有高达2.5米的长度。[0075] 本发明的建筑板材尤其可以被归类为“不可燃A1”,归类标准为DINEN13501‑1:2010‑01。[0076] 然而,特别是本发明的建筑板材可以具有很高的耐火性,其中板材保持机械稳定,特别是即使在不间断的防火载荷下。特别是,根据DINEN1363‑1:2012‑10的标准温度曲线,本发明的建筑板材在暴露于火中的情况下具有至少90分钟的机械稳定性。[0077] 正如下文所解释的,本发明的建筑板材优选地在高压釜中设置。在高压釜中设置后,可以为建筑板材提供进一步的组件,例如浸渍(例如疏水剂或其他涂层)、层压(例如金属层压),或配备紧固件(例如夹子、螺丝固定的型材等)。在上述关于建筑板材的组分在建筑板材总质量中的质量比例的信息中没有被考虑到这些额外的组分。[0078] 为了生产高耐火性建筑板材,根据本发明提供了一种方法,该方法包括以下步骤:[0079] 提供一种填充料(Versatz),包括:[0080] 含有氧化钙的组分;[0081] 含有二氧化硅的组分;[0082] 膨胀珍珠岩;[0083] 纤维;和[0084] 水;[0085] 使填充料成型;[0086] 对成型的填充料施加压力和温度,[0087] 使得含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分和水形成硬硅钙石。[0088] 本发明的方法特别优选地用于生产本发明的建筑板材,使得使用本发明的方法生产的建筑板材特别优选可以具有本发明的建筑板材的特征。[0089] 本发明的方法特别是基于以下令人惊讶的发现:可以生产具有高耐火性和本文更详细描述的本发明建筑板材的性能的建筑板材,条件是这些建筑板材由一种填充料制成,该填充料包含含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分、膨胀珍珠岩、纤维和水,其中填充料经过成型,然后成型的填充料被置于压力和温度下,使得含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分与水形成硬硅钙石。[0090] 特别令人惊讶的是,根据本发明的发现,只要填充料中包括膨胀珍珠岩,就可以生产出具有本文所述有利特性的这种建筑板材。[0091] 一方面,使用膨胀珍珠岩对使用该方法生产的建筑板材具有上述相当大的优势,特别是降低了建筑板材的密度,同时建筑板材的强度高、耐火性好、机械加工性好。[0092] 然而,除此之外,使用膨胀珍珠岩在建筑板材的生产中也有相当的优势。例如,人们惊奇地发现,特别是膨胀珍珠岩的高吸收能力,膨胀珍珠岩由于其高开放孔隙率而具有的高吸收能力,在建筑板材的生产中非常有优势。这是因为,由于膨胀珍珠岩的高吸收能力,形成硬硅钙石所需的填充料的水可以在很大程度上被膨胀珍珠岩吸收,随后释放回填充料中,特别是在形成的填充料被加载压力和温度时,因此形成硬硅钙石。然而,由于填充料的水被吸收在膨胀珍珠岩中,所以高水含量的填充料仍然容易加工,特别是不能有泥浆状的稠度,而是有土湿稠度。然而,由于填充料的这种土湿稠度,加工后者特别容易,特别是它也特别容易形成后者。特别是,填充料在成型前不必再进行干燥处理。[0093] 在这方面,本发明的方法尤其可以作为一种半干法来执行。[0094] 为了在使用本发明方法生产建筑板材时能够满足这些有利的特性,优选地提供具有高开放孔隙率的膨胀珍珠岩,其中膨胀珍珠岩优选地具有开放孔隙率,基于膨胀珍珠岩的总体积,其比例大于90%。[0095] 此外,根据本发明,已经发现,在使用本发明方法生产建筑板材期间,当所述膨胀珍珠岩具有特定的粒度时,膨胀珍珠岩尤其能满足上述有利的功能。[0096] 在这方面,根据一个特别优选的实施方案,规定膨胀珍珠岩大部分或仅有1.5mm的粒度。[0097] 根据一个优选的实施方案,规定本发明方法的填充料中的膨胀珍珠岩在粒度低于1.5mm的情况下至少有50%的质量,更优选至少有90%的质量,甚至更优选100%的质量。此外,可以优选的是,膨胀珍珠岩在0.01至1.5mm范围内的粒度至少为50质量%,更优选的是至少90质量%,甚至更优选的是100质量%。所给出的关于某种粒度的膨胀珍珠岩的质量比例的信息是基于填充料中膨胀珍珠岩的总质量。可通过筛分测定膨胀珍珠岩的粒度,遵循的标准为DINEN13055:2016‑11。[0098] 本发明方法的填充料优选包含膨胀珍珠岩,其比例在5质量%至20质量%范围内,更优选在5质量%至15质量%范围内。[0099] 除非在特定情况下另有规定,否则这里给出的关于填充料中某一组分的质量比例的信息总是基于填充料的总质量。[0100] 根据本发明,人们发现,当进行本发明的方法时,特别是在以下情况下就可以从含有氧化钙的组分和含有二氧化硅的组分与水一起形成硬硅钙石:在含有氧化钙的组分和含有二氧化硅的组分的总质量中,CaO的化学比例与SiO2的化学比例的质量比(即所谓的C/S比)大于1.00,特别是大于1.00,特别是是最多为1.20。在这方面,根据本发明,优选地规定在本发明方法的填充料中,按含有氧化钙的组分和含有二氧化硅的组分的总质量计,CaO的化学比例与SiO2的化学比例的质量比大于1.00,进一步优选最多为1.20,特别优选在1.05至1.15的范围内。[0101] 包含氧化钙(CaO)的填充料组分可以包括一种或多种含有氧化钙的物质。如果含有氧化钙的组分包含氧化钙,后者不一定是氧化钙的形式。相反,氧化钙单独是含有氧化钙的组分的化学组分,因此,钙也可以以氧化物以外的形式存在,例如以氢氧化物的形式。[0102] 根据一个优选的实施方案,含有氧化钙的填充料组分包括氢氧化钙,即Ca(OH)2。根据一个特别优选的实施方案,含有氧化钙的组分是氢氧化钙的形式。[0103] 填充料优选包括氧化钙组分,其比例在30质量%至40质量%之间,更优选在32质量%至38质量%之间。[0104] 包含二氧化硅(SiO2)的填充料组分可以包括一种或多种含有二氧化硅的物质。如果含有二氧化硅的组分包含二氧化硅,这不一定是以二氧化硅的形式。相反,二氧化硅单独是含有二氧化硅的组分的化学成分,因此,例如,硅也可以以氧化物以外的形式存在,例如以硅酸的形式存在。[0105] 根据一个优选的实施方案,含有二氧化硅的填充料的组分包括石英。根据一个优选的实施方案,含有二氧化硅的组分是以石英的形式存在。这种石英优选地是细粒的,特别是以石英粉的形式。根据一个优选的实施方案,石英或石英粉的质量至少为95%,基于石英的总质量,粒度小于200μm,更优选小于160μm。[0106] 填充料优选地包含含有二氧化硅的组分,其比例在17质量%至27质量%的范围内,更优选的比例在20质量%至25质量%的范围内。[0107] 填充料优选包括纤维,其比例在1质量%至10质量%范围内,更优选的比例在1.5质量%至8质量%范围内。[0108] 根据一个特别优选的实施方案,纤维的形式至少是以下类型的纤维之一:有机纤维或无机纤维。[0109] 有机纤维优选地是以下列类型纤维中的至少一种形式存在:纤维素纤维或碳纤维。如果有机纤维是纤维素纤维的形式,它们可以特别优选为牛皮纸纤维素纤维的形式。[0110] 填充料包含纤维素纤维,特别是以牛皮纸纤维素纤维的形式,优选的比例在0.5至6质量%范围内,更优选的比例在1至4质量%范围内。[0111] 纤维素纤维,特别是牛皮纸纤维素纤维形式的纤维素纤维,优选地具有以下几何形状中的至少一种:平均纤维直径在10至30μm范围内,或平均纤维长度在0.5至3mm范围内。[0112] 无机纤维优选地是以玻璃纤维的形式出现,特别是优选为以下列类型的玻璃纤维中的至少一种形式出现:AES纤维、矿物纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维(Al2O3纤维)或硅酸盐纤维(SiO2纤维)[0113] 根据一个特别优选的实施方案,规定玻璃纤维是AES纤维的形式。AES纤维优选地能够具有本发明建筑板材的AES纤维的特性。[0114] 填充料优选地包含玻璃纤维,特别是以AES纤维的形式,其比例在0.5质量%至5质量%的范围内,更优选的比例在0.5质量%至4质量%的范围。[0115] 填充料优选地包括玻璃纤维,特别是具有上述化学成分的玻璃纤维,根据DINEN1094‑1:2008‑09标准,其分类温度至少为1200℃。[0116] 玻璃纤维的平均纤维直径优选地在5至10μm之间,更优选在7至9μm之间。[0117] AES纤维优选地具有以下几何形状中的至少一种:平均纤维直径在5至15μm范围内(更优选在7至9μm范围内)或平均纤维长度在1至10mm范围内。[0118] 根据一个特别优选的实施方案,填充料中纤维的形式是AES纤维和牛皮纸纤维素纤维。[0119] 填充料优选包含水,其比例在15至35质量%的范围内,更优选在20至30质量%的范围内。[0120] 就填充料的干质量而言,即不含水的填充料的总质量,填充料包含含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分、膨胀珍珠岩和纤维,优选的比例为至少95质量%,更优选的比例为至少97质量%。[0121] 根据一个优选的实施方案,填充料包含含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分、膨胀珍珠岩、纤维和水,其比例至少为96质量%,更优选的比例为至少97质量%。[0122] 根据一个优选的实施方案,填充料包含比例在0.5至3质量%范围内的硬石膏,更优选的比例在1至2质量%范围内。[0123] 根据一个优选的实施方案,规定填充料包含增稠剂。这样的增稠剂是一种能使填充料变稠以便于处理的组分。根据一个优选的实施方案,增稠剂以下列物质中的至少一种形式存在:甲基纤维素、黄原胶、瓜尔豆或淀粉。增稠剂特别优选为甲基纤维素形式,特别优选为改性甲基羟乙基纤维素形式,尤其是水溶性、非离子型、高度醚化的甲基羟乙基纤维素形式。填充料优选地包含增稠剂,其比例在0.2至0.6质量%之间。[0124] 根据一个优选的实施方案,规定填充料包含发泡剂。使用这种发泡剂可以在填充料中形成泡沫或气泡。因此,可以降低填充料的密度,以及相应地由其生产的建筑板材的密度。同时,可以使用这样的发泡剂来稳定填充料。根据一个优选的实施方案,发泡剂是以表面活性剂的形式存在。例如,发泡剂可以以 发泡剂SB2(SikaDeutschlandGmbH的商标)的形式存在。填充料优选包含发泡剂,其比例在0.05至0.25质量%范围内,更优选的比例在0.05至0.1质量%范围内。[0125] 本发明方法的填充料包含含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分、膨胀珍珠岩、纤维、硬石膏、增稠剂和发泡剂以及水,优选的比例为至少97%(质量),更优选的比例为至少99%,可选的也高达100%,因此填充料可以优选地包括这些组分的比例在97至100%(质量)或更多,优选地在99至100%(质量)的范围。[0126] 使填充料成型赋予填充料类似板材的形状。填充料优选地是通过压制形成。特别是本发明方法的填充料的另一个优势是,填充料可以使用根据现有技术形成建筑板材的压力机,例如用于形成水泥建筑板材或其他用于干墙的建筑板材的压力机进行成型。如上所述,由于填充料的水分可以在很大程度上被膨胀的珍珠岩吸收,所以压制的板材在机械上被证明是非常稳定的尺寸。优选地使用0.2MPa至0.32MPa范围内的压力压制填充料。[0127] 如上所述,配料中的水可以在很大程度上被膨胀的珍珠岩吸收,这一事实的另一个好处是,当后者被压制时,几乎没有水从填充料中被压出。[0128] 压制过程中的压缩系数(即压制过程中填充料体积的减少)优选地在2到3之间。[0129] 在填充料形成之前,可以对其进行混合,以便将填充料中的组分均匀地分布在填充料的体积内。[0130] 形成的填充料被置于压力和温度下,使含有氧化钙的组分、含有二氧化硅的组分和填充料中的水形成硬硅钙石。本领域的技术人员知道必要的环境条件,也就是说,特别是也知道必要的压力和必要的温度,以便利用压力和温度从填充料的这些组分中形成硬硅钙石。[0131] 在高压釜中的填充料优选地受到压力和温度的影响。优选地是使用根据现有技术的高压釜,特别是工业高压釜。例如,可以使用工业高压釜,例如已知的用于生产沙石灰砖的高压釜。[0132] 在执行本发明的方法时,优选地在15至20巴的范围内,更优选在16至18巴的范围内的压力下对该填充料进行操作。这个意义上的压力是超压,也就是说,只要超过了测量的超压位置的大气压力的压力。[0133] 此外,填充料优选地在一定的温度下,特别是在上述的压力下,建立饱和蒸汽压力。这方面所需的温度是本领域技术人员已知的,例如可以利用水的蒸气压力曲线来确定。在这方面,可以对填充料施加200至220℃的温度。[0134] 将填充料置于压力和温度下,使填充料中的各组分形成硬硅钙石。根据本发明,可以规定在8至20小时的范围内,特别是在12至16小时的范围内,对填充料施加压力和温度一段时间。[0135] 在施加压力和温度的过程中,从填充料的组分中形成了硬硅钙石。此外,在对填充料施加压力和温度的过程中,根据填充料的组成以及这种施加的压力、温度和时间长度,可以从填充料中形成另外的物质,特别是至少一种另外的物质碳酸钙或另外的CSH相。[0136] 此外,当压力和温度作用于填充料时,填充料中的水的比例会发生变化。这也导致了填充料和建筑板材的组成在某些组分的各自质量比例方面的差异,例如膨胀珍珠岩、纤维或硬石膏。[0137] 在填充料的压力和温度下,或在高压灭菌后,可以得到建筑板材。然后,建筑板材可以被干燥,例如,优选地是干燥到基于建筑板材总质量的8质量%至12%的剩余水分含量。[0138] 此外,使用本发明方法获得的建筑板材可以具有本文所公开的本发明建筑板材的特征。[0139] 本发明的主题还涉及到本发明的建筑板材在干墙中的使用。例如,这种使用可以在以下条件下进行:建筑板材用于制作隔墙、制作电线的管道、制作通风管道、制作排烟管道、或包覆梁柱。[0140] 本发明的建筑板材和本发明的方法的进一步特征来自于下面描述的权利要求和实施方案。[0141] 本发明的所有特征可以根据需要相互结合,单独或组合使用。[0142] 下面将更详细地描述本发明的实施方案。[0143] 实施方案[0144] 根据本发明方法的一个实施方案,首先提供填充料,其中包含按以下表1的质量比例的各组分,各组分按填充料的总质量计:[0145]组分 质量比例[质量%]含有氧化钙的组分 36.8含有二氧化硅的组分 23.6膨胀珍珠岩 8.3纤维素纤维 1.3AES玻璃纤维 0.6硬石膏 1.3增稠剂 0.2发泡剂 0.1水 27.8[0146] 表1[0147] 含有氧化钙的组分是以氢氧化钙的形式存在。[0148] 含有二氧化硅的组分是以石英粉的形式存在。根据石英粉的总质量,石英粉的质量为95%,粒度小于50μm。根据石英粉的总质量,石英粉的化学成分为99质量%的SiO2。[0149] 根据膨胀珍珠岩的总质量,粒度小于1.5mm的膨胀珍珠岩的质量为100%,粒度小于1.0mm的膨胀珍珠岩的质量为98%。此外,膨胀珍珠岩的质量为95%,同样是基于膨胀珍珠岩的总质量,其粒度在0.03和1.0mm之间。[0150] 纤维素纤维是牛皮纸纤维素纤维的形式,平均纤维直径约为20μm,平均纤维长度约为1.9mm。[0151] 根据AES玻璃纤维的总质量,AES玻璃纤维的化学成分为75%的SiO2和22%的CaO+MgO。平均纤维直径约为8μm。[0152] 发泡剂的形式是表面活性剂( 发泡剂SB2),增稠剂的形式是改性甲基羟乙基纤维素。[0153] 氢氧化钙和石英粉的总比例具有以下化学成分,其中根据氢氧化钙和石英粉的总质量,CaO与SiO2的质量比为1.103。[0154] 填充料在混合器中混合,然后在一台用于生产防火板才的冲床中以0.25MPa的压力压制,形成边长为1250mm、厚度为30mm的方形板材。[0155] 然后将压制的板材放在工业高压釜中,在18巴的饱和蒸汽压力和由此产生的温度(约207℃)下放置12小时。[0156] 最后,从高压釜中取出相应的经过高压处理的板材,并在干燥柜中干燥,使其剩余的水分含量约为10质量%。[0157] 此后得到的建筑板材是本发明的高耐火性建筑板材的形式。[0158] 建筑板材由以下组分组成,其质量比例如下表2所示,每一种组分都是按建筑板材的总质量计:[0159]组分 质量比例[质量%]硬硅钙石 25.6膨胀珍珠岩 12.0纤维素纤维 1.8AES玻璃纤维 0.9硬石膏 0.8碳酸钙 1.2雪硅钙石 24.8硅酸钙凝胶相 21.5石英 1.9片柱钙石 9.5[0160] 表2[0161] 建筑板材的矿物学成分是通过使用里特维尔德法的X射线衍射分析来确定的。[0162] 在对建筑板材进行显微镜检查时,发现在膨胀珍珠岩的开孔体积中形成了硬硅钙石,从而在很大程度上封闭了膨胀珍珠岩的开放孔隙。[0163] 根据DINENISO12676:2013‑02,通过X射线荧光分析来确定建筑板材的化学成分。然后,建筑板材上的物质按照以下表3的质量比例,在每种情况下都按建筑板材的总质量计。[0164]化学组分 质量比例[质量%]SiO2 45.44Al2O3 1.79Fe2O3 0.18BaO 0.010MnO 0.029TiO2 0.043V2O5 <0.001CaO 39.60MgO 0.53K2O 0.40Na2O 0.59SO3 0.09其他 <0.05点火损失 11.26[0165] 表3[0166] 为了确定耐火性,根据DINEN1363‑1:2012‑10的规定,在没有底层结构的情况下,以横梁包覆试验(箱体试验)的形式进行建筑板材的防火行为,其中板材部件被夹住。然后,当根据DINEN1363‑1:2012‑10的标准温度曲线对建筑板材进行温度加载时,仅在138分钟后和表面温度为1011K时,就确定板材开始下垂,因此建筑板材表现出优异的防火性能。

专利地区:德国

专利申请日期:2020-05-19

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114174239B

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