DE2010263A1 - Verfahren zur Herstellung von Schaumglas - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von SchaumglasInfo
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Description
a uix 34 5o2/H+ Diplom-Ingenieur
. Keftwiger Straße 36
Patentanmeldung
Fredrik Wilhelm Anton Kurz
Nysätravägen 12,
LINDINGÖ (Schweden)
Nysätravägen 12,
LINDINGÖ (Schweden)
Verfahren zur Herstellung von Schaumglas
(Zusatz zur Patentanmeldung P 19 44 52^.9)
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von
anorganischem Schaumglas nach der Hauptanmeldung P 19 44 52J3.9·
Schaumglas mit einem Raumgewicht (Dichte). voi||üngefähr 0,2 und
relativ guter mechanischer Festigkeit wird als eines der besten anorganischen Isolierstoffe angesehen* Bisher wurde Schaumglas
in der Weise hergestellt, daß fein gemahlenes Glaspulver unter Zusatz von aktiver Kohle zur Gasbildung bis zur Sinterung
erhitzt wurde, wodurch eine poröse Struktur entsteht. Das Produkt hat wohl sehr gute Eigenschaften, ist aber ziemlich
teuer. Ein neueres Verfahren nimmt anstelle von Glasmehl ein
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BAD ORIGINAL
faseriges Silikat-Material, nämlich Mineral- oder Glaswolle. Dieses Material wird zusammen mit Wasserglas mehrere Stunden
lang bis auf 36o°C erhitzt. Nach Kühlung wird der feste Rückstand
zerkleinert und nochmals auf ca« 80O0C. erwärmt unter Zusatz von Zucker oder dergl. als Gas bildendes Element.
Bei diesem Verfahren erzielt man jedoch keine Gasdichtigkeit, was Voraussetzung für ein gutes Schaumglas ist.
Das bisher verwendete Glasmehl hat zwei prinzipielle Nachteile: die Mahlung auf die erforderliche Kornfeinheit von ca.
8000 cm /g ist ziemlich kompliziert und kostspielig. Außerdem enthält das aus gewöhnlichem Glas hergestellte Glaspulver
resistente Metalloxyde, wie MgO und AIpO.,, nur in sehr beschränktem
Maße, da diese nur bei viel höheren Temperaturen als bei normalen Glasschmelzen möglich in die Glasphase überführt
werden können. Eine bessere Resistenz durch leichter einzuschmelzendes Bor ist relativ teuer.- B'aseriges Silikat-Material,
wie Mineral und Glaswolle, enthält auch nur ganz geringe Mengen von hooh-resistenten Metalloxyden.
Das vorliegende Verfahren hat den Vorteil, daß es auf sehr breiter Basis billiger Rohstoffe durchgeführt werden kann. Es
beruht auf dem Zusammenwirken von Glas- und Gas-bildenden Stoffen, die bei einer Temperatur zwischen ungefähr 750 - 9800C ( je nach
Zusammensetzung) unter Aufschäumung sintern und ein feinporiges rein anorganisches Produkt von geringem Raumgewicht (unter 0,2)
und relativ großer mechanischer Festigkeit ergeben.
Die Glas-bildenden Substanzen bestehen zum größten Teil einerseits
aus amorphen Mineralpulvern mit hohem SiO2-Gehalt neben
einem oder mehreren mehrwertigen Metalloxyden und andererseits
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-}■-■.■
aus alkalihaltlgen Stoffen, In erster Linie Alkali-Silikaten,
z.B. Wasserglas, zum kleineren Teil aber aus kristallinen Materialien.
Der Grund, warum ein wesentlicher Teil der angewandten Mineralpulver amorph sein soll bzw. von solchem Zustand, daß die
Struktur bei Kochen oder bei Erhitzung auf bloß wenige 100 Grade C (z.B. 200 - 600°C) von dem kristallinen in den amorphen Zustand übergeht, besteht darin, daß diese nicht bei Temperaturen
von meist weit über 12oo° C, eingeschmolzen werden müssen, um
zu Glas zu werden, sondern zusammen mit Alkali-Silikat bereits bei Temperaturen zwischen 750 - 9ÖO°C sintern. Diese Pulver
müssen außerdem eine Reaktionsbereitschaft haben, welche duroh geeignete Vorbehandlung erzielt wird bzw. bereits von vornherein
gegeben ist. Eine solche Vorbehandlung kann z.B. bestehen in:
a Expandierung unter gleichzeitiger Entfernung von eingeschlossenem Wasser ,oder Gasen, z.B. Perlit, das auf
9oo - 115ο0 0 erhitzt und aufgebläht wurde. Nicht expandiertes Perlit kann trotz gleicher chemischer Zusammensetzung nicht
zur Schaumglas-Erzeugung genommen werden,
b Kochen in aufschliessenden Flüssigkeiten, z.B. Wasserglas,
c Benetzung oder Besprühung mit aufschließenden Stoffen, d Kalzinierung. ·
Eine weitere Voraussetzung ist, daß die Pulver eine hohe spezifische Oberfläche von mindestens 3ooo cm /g haben. Dadurch wird
die Bildung von dünnen Zellenwänden gefördert und die große
Oberfläche adsorbiert leichter Wasserglas und gibt den Wasser-
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dampf langsamer ab während der Erhitzung, was eine gleichmäßige Porenbildung ermöglicht und Rissebildung vermeidet.
Wenn ein wesentlicher Teil der eingesetzten Pulver die vorgenannten
Eigenschaften hat, können als Nebenbestandteile auch kristalline Pulver mit eingemischt werden, die für sich allein
viel höhere Temperaturen erfordern würden, um in die Glasphase einzugehen. Dadurch wird die Resistenz der erfindungsgemäßen
Produkte wesentlich verbessert.
Alkali-Silikat kann prinzipiell in verschiedenen Formen
zugesetzt werden. Am einfachsten und billigsten ist Wasserglas. Man kann aber auch Alkali-Hydroxyd oder Alkali-Karbonat oder
Stückenglas (Rohstoff für Wasserglas) nehmen, welch letzteres mit den anderen zur Glarb.tldung nötigen Materialien aufgekocht
wird. In unserem Fall fungiert das Alkali-Silikat weniger als Bindemittel für die anderen Pulver, sondern als Glasbildner
sowie als Aufschlußmittel der Mineralpulver und zur Senkung der Sintertemperaturen.
In gewissem Umfang kann auch eine Kombination mit sauren Zusätzen,
z.B. Phosphorsäure, Aluminiumsulphat oder ähnlichen sauren Salzen, vorgenommen werden.
Die Komponenten werden vorzugsweise in solchen Mengenverhältnissen
verwendet, daß auf 100 Gewichtsteile Mineralpulver (amorph und/oder kristallin) 50 bis 150 Gewichtsteile Alkalisilikat
(als Trockensubstanz gerechnet) kommen. Wenn amorphe und
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ο:
sr
kristalline Mineralpulver zusammen verwendet werden, ist die Menge amorphes Mineralpulver vorzugsweise 25 - βθ Gewichtsprozent
vom Pulvergemisch.
Nach Mischung der Komponenten kann die Aufschäumung auf verschiedene
Weise erfolgen. Entweder erhitzt man in /einem durchgehenden Einschrittverfahren während 1 1/2 bis 2 1/2
Stunden auf eine Temperatur von 750 - 960° C, Die Exakte
Temperatur ist je nach Zusammensetzung der gewählten Pulver verschieden. Dann erfolgt langsam Abkühlung. Bei der Erwärmung
verdampft langsam das im Wasserglas oder in den anderen Stoffen befindliche Wasser, und es entwickeln sich aus der Reaktion
der verschiedenen Stoffe Gase.
Man kann aber auch in einem Zweischritt-Verfahren den Hauptteil
des Wassers durch Erhitzung bis ca. 6oo°C, vorzugsweise auf 2oo - 35o°C, austreiben, wonach die Masse abgekühlt und pulverisiert
wird. Dann erst erfolgt die Hauptaufschäumung durch Weitererhitzung auf 75o - 9>o°C.
Die Trocknung und Pulverisierung bzw. Granulierung im Zweischritt-Verfahren
kann auch in einem Sprühtrockner vorgenommen werden.
Geeignete amorphe Mineralpulver sind z.B.: expandiertes
Perlit-Pulver, z.B. Abfall beim Expandieren, wobei ein Staub von ungefähr 1 my und darunter abgeschieden wird,' für welchen
man bisher kaum irgendwelche Anwendung hatte oder gemahlenes Perlit-Pulver von gleichem Peinheitsgrad. Perlit enthält ca.
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SiO2 und ca. 15$ A12°v Welter Diatomeen-Erde, Kieselgur,
Bimstein, SiOp-enthaltende Substanzen oder in den Filteranlagen bzw. Schornsteinen aufgefangene Staube der Ferro-Silizium-Produktion
o.a. Erzeugungen mit hohem SiO?-Gehalt und
zusätzlichen Metalloxyden. Dann Schlacken aller Art, Flugasche der verschiedensten Produktionen usw., Basalt-Tuff-Apatit,
Obsidian, Llneit usw., wenn billig am Platze zu haben. Eventuell kann auch Glasmehl oder faseriges Silikat-Material
zugesetzt werden, wobei es sich aber empfiehlt, gleichzeitig Metalloxyd-reichere Zusätze beizugeben.
Viele dieser amorphen Mineralien haben ihre glasige Struktur durch vulkanische Prozesse erhalten, wobei schwer schmelzbare
Metalloxyde der Glasphase einverleibt wurden. Daraus ergibt sich, daß die Auswahl der in Frage kommenden Stoffe sehr
umfangreich ist und man immer die verwenden kann, die am Produktionsort am billigsten erhältlich sind.
Kristalline Pulver (auch aus Schlacken) können in den Satz
eingehen, wenn sie mit den amorphen Pulvern und dem Wasserglas bei einer Temperatur zwischen 750 - 9500C reagieren und dadurch
in die Glasphase eingehen. Hier kommen in erster Linie MgO-haltige Minerallen in Frage, z.B.Magnesit oder Dolomit, welche
CO2 einführen, was zur Gasentwicklung vorteilhaft ist. Besonders
gut eignen sich Kombinationen von Magnesit oder Dolomit mit Talk, z.B. in Form von Microtalk. In Glasschmelzen
können nicht mehr als 5% MgO eingebracht werden, während die
im herkömmlichen Schaumglas verwendeten Glaspulver überhaupt
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.-τ- ψ
kein MgO enthalten. MgO senkt das Gewicht und den Ausdehnungskoeffizient
und bewirkt weiter verminderte Bruchgefahr und Herabsetzung der Kühltemperatur, geringere Entglasungsneigung,
niedrigere Erweichungstemperatur und größere chemische Widerstandskraft,
bessere Resistenz gegen Temperaturveranderungen. Microtalk enthält u.a. ca. 39 % SiO2, 35 % MgO, 6 % PeO, 17 %
CO2.
Al2O, kann außer durch Perlit durch gewisse Tonerden, wie
Kaolin, Nephelin-Syenit, BWS-Ton, Feldspat usw. zugeführt werden.
Je nach der Art der Tonerde schwankt der Gehalt an Si0g zwischen
40 und 65 % und an AIgO, zwischen 18 und k'J %»
Als kristallines SiO2 kann Quarzpulver, wenn preisgünstig erhältlich,
eingeführt werden.
Kalzium kann in kleinen Mengen in Form von Ca (OH)2, CaCO, bzw.
Gips zugesetzt werden.
Die zur Aufschäumung notwendigen Gasbildner, wie C3 S und H
können in den glasbildenden Stoffen bereits vorhanden sein, z.B. C im grauen Perlitstäüb, CO2 im Magnesit, SO-, in Gips, oder
können speziell zugeführt werden. Wichtig 1st ein inniger Kontakt der gasbildenden Stoffe mit dem Pulvermaterial. Lösliche Gasbildner
können auch in das Wasserglas eingeführt werden, eventuell bei erhöhter Temperatur, um die Lösung zu beschleunigen.
Die Wirkung der verschiedenen Gasbildner ist an und für sich
bekannt. C kann in Form von aktiver Kohle (ca. 0,5 - 1 %
der Gesamtmasse) und in entsprechenden Mengen als Melasse,
Zucker, Glyzerin usw. zugesetzt werden. .
Wasserstoffgas kann durch Zusatz von Aluminium-Pulver oder
Ferro-Silizium gebildet werden.
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Man kann sich die Aufsohäumung so vorstellen, daß in den unteren Temperaturbereichen durch das verdampfende Wasser eine
Gasentwicklung und damit Porenbildung stattfindet. In höheren Temperaturbereichen, vorwiegend zwischen 750° C und 9S0° C,
bewirken zusätzlich zum Wasserdampf noch CO2 (aus Karbonaten)
oder CO (durch Reaktion des Kohlenstoffes entstanden) oder H2S, SOg oder SO, (aus Sulfaten, Sulfiten oder Sulfiden entstanden)
eine Aufschäumung.
Bei der Mischung der Komponenten können zur Erleichterung der Dispergierung verschiedene der bekannten alkali-beständigen
Netzmittel eingemischt werden. Als solches fungiert z.B. auch Natrium-Hexametaphosphat ( 2 - 3 % der Grundmasse). Weitere
Zusätze, die je nach den gewählten Rohstoffen Vorteile mit sich bringen können, sind Phosphorsäure, Dicyandiamid, Trläthanolamin,
Silikofluoride und gewisse öle, die in ganz kleinen Mengen auch
günstig auf die Oberflächenspannung einwirken können.
Es ist bekannt, daß man durch gewisse organische Zusätze die
Elastizität von Wasserglas enthaltenden Produkten verbessern kann, was in beschränktem MaBe auch hier der Fall ist, z.B.
Litex P, ein Latex auf Styren-Butadien-Basis oder Plextol.
Bekannte Armierungszusätze, wie Stahldraht, Metallspäne, Blähton usw. können auch hier eingeführt werden.
Wenn das Verfahren in zwei Arbeitsstufen ausgeführt wird, kann das erhaltene Granulat für die an und für sich bekannten Verwendungszwecke
eingesetzt werden.
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Patentanwälte Dr. W. Ändrejewski, Dr, M. Honke, 43 Essen, Kettwigor Straße
Das Endprodukt kann z.B. vor Kühlung im Autoklaven behandelt
werden, wobei man eine Verstärkung, wie vom Gasbeton bekannt, erzielen kann.
Normal hat das gesinterte Schaumprodukt geschlossene Zellen,
aber auch offene, kommunizierende Poren können gemacht werden,
je nach Temperaturkurve bzw. einer Behandlung vor oder nach
der Kühlung.
Die folgenden Beispiele können in weitem Ausmaße variiert
werden und geben bloß eine Anschauung der allgemeinen Hegel:
werden und geben bloß eine Anschauung der allgemeinen Hegel:
160 Gew.-Teile Natron-Wasserglas 48/50° Be und 40 Gew«-Teile
Wasser werden mit 40 Gew.-Teile expandiertem grauen Perlit
(ca. 0,5$ C enthaltend) 40 Gew.-Teile Microtalk und 5 Gew.« Teile Gips gemischt und gut durchgeknetet, bis sich ein an der Oberfläche feuchtender Teig bildet. Dieser Teig wird in eine Form aus Eisen, Stahl oder keramischem Material gelegt, welche durch Auskleidungen wie Asbest, Kaolinsohlemmen, Kalziumöxydpulvern und dergl. gegen Anbacken geschützt sein können, in einen Ofen eingeführt und innerhalb 11/2 bis 2 1/2 Stunden auf ca. 84o° C erhitzt. Das Produkt verbleibt einige Minuten bei der Höchsttemperatur, wonach eine mehrstündige Kühlung je
nach Zusammensetzung der Rohstoffe und der Art des Ofens in 5 - 12 Stunden durchgeführt wird* ,.
(ca. 0,5$ C enthaltend) 40 Gew.-Teile Microtalk und 5 Gew.« Teile Gips gemischt und gut durchgeknetet, bis sich ein an der Oberfläche feuchtender Teig bildet. Dieser Teig wird in eine Form aus Eisen, Stahl oder keramischem Material gelegt, welche durch Auskleidungen wie Asbest, Kaolinsohlemmen, Kalziumöxydpulvern und dergl. gegen Anbacken geschützt sein können, in einen Ofen eingeführt und innerhalb 11/2 bis 2 1/2 Stunden auf ca. 84o° C erhitzt. Das Produkt verbleibt einige Minuten bei der Höchsttemperatur, wonach eine mehrstündige Kühlung je
nach Zusammensetzung der Rohstoffe und der Art des Ofens in 5 - 12 Stunden durchgeführt wird* ,.
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4»
Der Satz nach Beispiel 1 wird nur auf ca. 25o°C erhitzt und
2-3 Stunden auf dieser Temperatur belassen, bis das meiste Wasser
abgedampft ist. Ein Rest des Wassers soll noch verbleiben. Danach wird das durch Wasserabdampfung vorgeschäumte Produkt
rasch abgekühlt und zerkleinert bzw. pulverisiert, was bei der vorliegenden spröden Konsistenz leicht geht. Das erhaltene Granulat
wird dann in Formen oder auf kontinuierlichem Band auf ca. 800° C erhitzt, wobei die Aufschäumung durch die von Anfang
an eingemischten Gasbildner (C, S) vor sich geht. Danach wird
langsam gekühlt.
Der im Beispiel 1 genannte Satz, aber mit 100 Gew.Teilen Wasser,
wird in einem geschlossenen Behälter auf ca. 200°C erhitzt. Danach wird die aufgeschlossene Masse durch einen Sprühtrockner
geleitet, in welchem alles Wasser bis auf 10 - 20$ verdampft.Die
Versprühung geschieht in Form eines feinen Granulates. Dieses Granulat wird dann in Formen oder auf einem kontinuierlichen
Band auf etwa 800° erhitzt, wobei die Aufschäumung und Sinterung erfolgt.
40 Gew.Teile expandiertes graues Perilt-Pulver (0,5 ^enthaltend),
4o Gew.Teile Miorotalk und 5 Oew.Teile Gips werden mit 8o Gew.-Teilen
zerkleinertem Stückenglas gemischt und mit 120 Gew.Teilen Wasser in einem Autoklaven bei 5-6 Atu aufgeschlossen. Danach
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Patentanwälte Dr. W, Andrejewski,-Dr. M. Honke, 43 Essen, Keftwiger Straße
wird die aufgeschlossene Masse durch einen Sprühtrockner
geleitet und wie in Beispiel 3 weiterbehandelt,
Der Ausgangssatz besteht aus 200 Gew.Teilen Hatron-Wasserglas
48/50° Be, 40 Gew. Teilen weißem Perli t-Pulver (ohne G),
20 Gew. Teilen SiOg - enthaltenden .-Flugstaub* JSO Gew.Teilen
Microtalk« 10 Gew.Teilen Kaolin« 5 Gew.Teilen Metallsulfate
0,6 Gew.Teilen aktiver Kohle und 20 Gew.Teilen Wasser. Danach
Behandlung wie in den vorhergehenden Beispielen. Diesmal
Erhitzung auf 880° Cv
~:\ ■-'. ."-■■..-.-- Beispiel 6 ■. .- \ -' .- ■
Der Ausgangssatz beisteht aus 240 Gew. Teilen Natron-Wasserglas
48/50-JBe/ 20 Gew.Teilen Wasser, 4o Gew.Teilen Kieselgur,
4o Gew.Teilen pulverisierte Schlacke, 25 Gew.Teilen pulverisiertem
Magnesit, 10 Gew.Teilen blShbarem Ton, 2 Gew.Teilen Melasse. Danach Behandlung wie in den vorhergehenden Beispielen» ■;. - : .-■■■..""■: ■■'■.-; .'.--.: - ·- .-."..-
Der Ausgangssatz besteht aus 40 Gew.Teilen NaOH, 60 Gew.Teilen
Wassei?, 64 Gew.Teilen Kieselgur, 12 Gew.Teilen Kaolin. Weitere
Behandlung wie in den vorhergehenden Beispielen. Temperatur
820° C; \ =■■-■". .- '. ■ ■""■■■■■■'" '"" ■ ' " .: ' -':/'"'' ■"■'■"■
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- 12 -
41
Der Ausgangssatz besteht aus 200 Gew.Teilen Natron-Wasserglas
48/50° Be, 20 Gew.Teilen Wasser, 40 Gew.Teilen weißem
Perlit-Pulver, 15 Gew.Teilen Dolomit, 5 Gew.Teilen Kalziumsulfit,
2 Gew.Teilen Ca (OH)2, 2 Gew.Teilen Glyzerin. Danach Behandlung wie in den vorhergehenden Beispielen.
Einer der vorherigen Sätze, aber die Pulver werden vorher entweder mit einer Wasserglas-Lösung oder mit Alkali-Silikatpulver,
z.B. Trisilikat, besprüht.
Einer der vorigen Sätze, wozu noch j5 Gew.Teile Natrium-Hexametaphosphat
und 2 Gew.Teile Dicyandiamid kommen.
Einer der vorigen Sätze, wozu noch j5 Gew.Teile 70#-ige
Phosphorsäure kommen.
Einer der vorigen Sätze, in welchen noch kleine Mengen von Armierungsmaterial, z.B. dünner, zu kurzen Längen geschnittener,
hitzebeständiger Stahldraht, Metallspäne, Blähton oder dergl. eingemischt werden.
Patentansprüche : 10 983 9/07£1 ™
Claims (9)
- Patentansprüche(lj Verfahren zur Erzeugung von anorganischem Schaumglas nach der Hauptpatentanmeldung P 19 44 523·9 * dadurch gekennzeichnet, daß Mineralpulver mit hohem SiOp-Gehalt und großer spezifischer Oberfläche, die amorph sind bzw. bei Erhitzung auf einige 1OÖ°C amorph werden, mit Alkali-Silikaten unter Zusatz von Gasbildnern gemischt und bei 75Ö - 990° C aufgeschäumt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der amorphen Mineralpulver durch kristalline Pulver, welche resistente Metalloxyde, wie z.B. MgO, Al2O-. usw. enthalten, ersetzt werden kann.
- 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphen resp. kristallinen Mineralpulver durch geeignete Vorbehandlungsmaßnahmen, wie z.B. Expandieren, Kochen in aufschließenden Flüssigkeiten, Benetzen mit aufschließenden/Stoffen oder Kalzinieren aktiviert werden. ·
- 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Alkali-Silikate in Form von Na- oder^-Wasserglas oder als festes Alkali-Silikat (Disilikat oder Trisilikat) oder als Stückenglas zugegeben werden. .1 098 3 9/0741Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkali-Silikate durch Alkali-Hydroxyd bzw. Alkali-Karbonat ersetzt werden können.
- 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet , daß die zur Aufschäumung notwendigen Gasbildner entweder bereits in den Mineralpulvern in Form von Kohlenstoff oder Schwefel enthalten sind oder als Kohlenstoffbzw, Schwefel-haltige Zusätze beigefügt werden. Solche Zusätze sind z.B. aktive Kohle, Melasse, Zucker, Glyzerin, Sulfate, Sulfite, Sulfide.
- 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasbildner Wasserstoff-entwickelnde Substanzen, wie Perrosilizium, Aluminiumpulver und dergl. zugesetzt werden.
- 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß Verbesserungszusätze, wie Phosphorsäure, Hexametaphosphat, Dicyandiamid, Triäthanolamin usw. gemacht werden können.
- 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Armierungszusätze, wie Stahldraht, Metallspäne, Blähton und dergl. gemacht werden können.PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke109839/0741
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