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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Baumaterialien, insbesondere von zum Mauern geeigneten Elementen in der Art von Kalksandziegeln. Die erfindungsgemäss hergestellten Produkte bestehen aus natürlichen, siliziumdioxydhaltigen Grundstoffen und einem kalkhaltigen Bindemittel sowie gegebenenfalls zusätzlichen Füllstoffen. Das Gemisch der Komponenten wird nach dem Formen durch Wärmebehandlung verfestigt.
Bei Baustoffen ist besonders bei den kleineren, zum Mauern von Hand geeigneten Elementen die Auswahl auch heute noch verhältnismässig bescheiden. Ausser den seit mehreren tausend Jahren bekannten und verwendeten gebrannten Lehmziegeln werden noch Hohlkörper verschiedenen Profils, Zellenziegel, Full- un Futterkörper, in geringeren Mengen spezielle, zum Kaminmauern geeignete Formkörper, Mauerblöcke verwendet, die zum grössten Teil Hohlräume aufweisen und durch ihre Luftzellen - mit Isoliermaterial ausgefüllt oder nicht - für Schall- und/oder Wärmeisolierung geeignet sind. Ein seit Jahrzehnten bekanntes, zum Mauern von Hand geeignetes Element ist der sogenannte Kalksandziegel, der billig hergestellt werden kann, trotzdem jedoch nicht genügend Verbreitung gefunden hat.
Ein grosser Teil der natürlichen Gewässer, vor allem Seen und Teiche, muss regelmässig ausgebaggert werden. Der aus den Teichen gebaggerte Schlamm zählte bis jetzt als nutzloses Haldenmaterial, dessen blosse Lagerung bereits Probleme verursachte. Es erschwert die Situation, dass der ausgebaggerte Schlamm zumeist nicht in der unmittelbaren Nähe des Gewässers gelagert werden kann und deshalb mit beträchtlichen Transportkosten zu rechnen ist.
Aus der GB-PS Nr. 1, 326, 850 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kalksandziegeln bekannt, bei dem ein Gemisch aus Kalkstein und Sand bei Temperaturen von 1000 bis 1200 C gebrannt, dann angefeuchtet, vermischt, geformt und in einem Autoklav erneut gebrannt wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass das Brennen des Gemisches an sich schon energieaufwendig ist und sich daran noch das ebenfalls energieaufwendige Mahlen des Klinkers anschliesst. Unzweckmässig ist auch, dass die auf diese Weise hergestellten Ziegel ausserordentlich dicht sind, d. h. ein geringes Porenvolumen aufweisen, und daher ihre Fähigkeit zur Wärmeisolierung gering ist.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Baumaterialien ist aus der GB-PS Nr. 1, 152, 169 bekannt. Gemäss diesem Verfahren wird ein vorverdichtetes Gemisch aus Kalk und Sand dazu verwendet, Strukturfehler in aus feinkörnigem Grundmaterial durch Pressen hergestellten Bauelementen zu vermeiden. Aus dem Kalksandgemisch wird ein grobkörniges Granulat bereitet, und beim Pressen können die überflüssigen Wasser- und Luftblasen zwischen den Körnern dieses Granulats austreten.
Auf diese Weise können verhältnismässig homogene Bauelemente hoher Dichte hergestellt werden.
Die Festigkeit dieser Elemente ist hervorragend, hinsichtlich der Fähigkeit zur Wärmeisolierung werden jedoch auch diese Baumaterialien den gestellten Anforderungen nicht gerecht.
Über die Herstellung der Kalksandziegel, die unterschiedlichen Herstellungsmethoden und die Vornahme der einzelnen technologischen Schritte ist in dem Buch "Leichtbeton" von Gy. Rudnai (Rudnai Gylula : Könnyübeton, Muszaki Könyvkiadó Budapest, 1958, S. 52 bis 58,72 bis 74) nachzulesen. Mit der Herstellung der Kalksandziegel wurde im vorigen Jahrhundert begonnen, u. zw. in Landstrichen, in denen für die Herstellung der üblichen gebrannten Lehmziegel keine Rohstoffquelle vorhanden war. Das Wesen der Herstellung besteht darin, dass Sand und gebrannter Kalk miteinander vermischt werden und das Gemisch mit Wasser behandelt, geformt und dann in Dampf gereift wird.
Sowohl das erwähnte Buch wie auch die Fachpresse (Epitöanyag 1958/9, S. 344) stimmen darin überein, dass aus dem gebrannten Kalk durch die Wirkung des Wassers gelöschter Kalk entsteht und dieser mit dem Sand Calciumsilikathydrat von verhältnismässig hoher Festigkeit bildet.
Die älteren Methoden gingen immer von Sand und gebranntem Kalk als Rohstoffen aus. Später stellte sich die Frage, ob nicht als Ausgangsstoffe auch sogenannte sekundäre Rohstoffe eingesetzt werden könnten.
So wurde gemäss der DE-AS 1646491 bei einem Verfahren zum Herstellen von Leichtkalksandsteinen aus Kalk und einem mineralischen, gekörnten Zuschlagleichtstoff, vorzugsweise Naturbims, vorgeschlagen, als Hohlraumfüller eine Feinstkomponente in Form eines kieselsäurehaltigen Sedimentschlamms zuzusetzen, der in verschiedenen Industrien, insbesondere in Kieswäschen, als Nebenoder Abfallprodukt anfällt.
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Hochkieselsäurehaltiger Sedimentschlamm, der sich an den Mündungen der grossen Flüsse ins Meer absetzt und der daher als Seeschlick bezeichnet wird, kann gemäss der DE-PS Nr. 102372 bei einem Verfahren zur Herstellung von Bausteinen eingesetzt werden, bei dem der Seeschlick mit einem Zusatz von etwa 5% Kalkhydrat versehen, geformt, getrocknet, mit Wasser ausgelaugt und anschliessend bei 100 C noch einmal getrocknet wird. Gegebenenfalls kann Eisensulfat zur
Festigkeitserhöhung zugesetzt werden ; zur Erzielung von Wetterfestigkeit müssen die Steine noch gebrannt werden.
Zur Nutzung des sich in besorgniserregenden Mengen ansammelnden Schlamms der grossen
Binnenseen, der gegenüber dem Seeschlick eine wesentlich andere Zusammensetzung, z. B. einen weitaus geringeren Si02 -Gehalt aufweist, wurden bisher - trotz der Dringlichkeit des Pro- blems-noch keine vernünftigen industriellen Methoden gefunden. Wird Binnenseeschlamm nach dem Verfahren gemäss der DE-PS Nr. 102372 verarbeitet, lassen sich keine Formkörper brauchbarer
Festigkeit erzielen, und beim Brennen zerfallen die Formkörper vollständig.
Die vom ungarischen Landesamt für Wasserwesen herausgegebene Schrift über die Wasserwirtschaft des Plattensees, des grössten Binnensees in Mitteleuropa, (Orszägos Vizügyi Hiatal : "A Balaton vizgazdälkodäsa", Budapest 1968, S. 28) erwähnt z. B., dass die Schlammbilanz des Plattensees nur durch ständiges Ausbaggern im Gleichgewicht gehalten werden kann und für die Verwendung des ausgebaggerten Schlamms eine wirtschaftliche Methode nicht existiert.
Es bestand somit die Aufgabe der Ausarbeitung eines Verfahrens zur Herstellung von Baumaterialien geeigneter Festigkeit, wobei die Grundstoffe leicht zugänglich und die technologischen Schritte einfach und billig sein sollen und gleichzeitig die Möglichkeit gegeben ist, die Schlammbilanz der Teiche und Seen im Gleichgewicht zu halten, indem man den überflüssigen Schlamm ausbaggert und daraus nützliches Baumaterial herstellt.
Der Schlamm der natürlichen Binnenwässer enthält als anorganische Bestandteile neben winzigen, siliziumdioxydhaltigen Gerüststrukturen, die einmal das Skelett von Kieselalgen und Strahlentierchen waren und die infolge ihrer meist höchst komplizierten Form und der sich daraus ergebenden grossen spezifischen Oberfläche ausserordentlich reaktionsfähig sind, beträchtliche Mengen Calciumkarbonat.
Beim Brennen dieses Schlamms entsteht aus dem Calciumkarbonat Calciumoxyd, das bei einer nachfolgenden hydrothermalen Behandlung mit dem vorhandenen Si02 Calciumsilikathydrate bildet und es wurde gefunden, dass der Kalkanteil des Binnenseeschlamms ausreicht, dass sowohl der gebrannte Schlamm allein hydrothermal zu als Baumaterial geeigneten Körpern abbindet, als auch dazu, dass der gebrannte Schlamm an Stelle von gebranntem Kalk zusammen mit einem Si02-hältigen Material, insbesondere unkalziniertem Schlamm, nach der Kalksandziegelherstellungsmethode verarbeitbar ist.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Baumaterialien, insbesondere von zum Mauern geeigneten Elementen mit Kalksandziegelcharakter, wobei der Ansatz aus einem natürlichen, siliziumdioxydhaltigen Grundmaterial und einem kalkhaltigen Bindemittel, Wasser sowie gegebenenfalls Füllstoffen besteht und durch nach Formen vorgenommene Wärmebehandlung verfestigt wird. Für das erfindungsgemässe Verfahren ist kennzeichnend, dass Schlamm aus
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wie Sand und/oder mit unkalziniertem Schlamm vermischt, der erhaltene Ansatz in an sich bekannter Weise geformt und in einem Autoklaven bei wenigstens 5 bar Druck wärmebehandelt wird.
Gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Ansatz auf wenigstens erdfeuchte, zweckmässig jedoch plastische Konsistenz eingestellt und dadurch zu einer zum Pressen geeigneten Masse gestaltet. Durch erhöhten Wasserzusatz werden giessbare Massen hergestellt. Die Zuschläge wie Sand dienen beispielsweise der Festigkeitserhöhung. Vor der Wärmebehandlung wird der Ansatz gegebenenfalls unter Wasserzusatz homogenisiert, in eine Formschablone gefüllt und dann die Schablone entfernt. Vor, zwischen und/oder nach den Arbeitsgängen des Homogenisierens, Pressens und des Entfernens der Schablone können eine oder mehrere Abstehzeiten eingeschaltet werden.
Bei der Brenntemperatur von wenigstens 700 C, im allgemeinen jedoch etwa 1100 C, werden die schädlichen organischen Bestandteile des Schlamms verbrannt, unter anderem auch die einen
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wesentlichen Anteil des Schlamms bildenden Lebewesen und ihre Gerüststrukturen bleiben zurück, wodurch das Porenvolumen des Produkts bedeutend grösser wird. Das Produkt hat infolgedessen eine gute wärmeisolierende Fähigkeit. Wird kalzinierter Schlamm zusammen mit unkalziniertem
Schlamm verarbeitet, werden die organischen Bestandteile des unkalzinierten Schlamms durch das sich beim Hydratisieren des kalzinierten Schlamms bildende Calciumhydroxyd und die nachfolgende
Wärmebehandlung ebenfalls zersetzt.
Ein nicht zu vernachlässigender Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es mit seiner
Hilfe gelingt, die natürliche Umgebung der auszubaggernden Gewässer zu erhalten, da der aus- gebaggerte Schlamm nicht in der Nähe der Gewässer auf grossen Gebieten abgelagert werden muss.
Ein bedeutender wirtschaftlicher Vorteil ergibt sich ferner daraus, dass aus einem in grossen
Mengen zur Verfügung stehenden, an sich wertlosen Rohstoff ohne Mahlen und sonstige vorbereiten- de Arbeitsgänge Bauelemente erzeugt werden können, deren Festigkeit der Festigkeit von Kalksand- ziegeln wenigstens gleich ist, deren wärmeisolierende Eigenschaften jedoch wesentlich besser sind.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können durch entsprechende Wahl der Zusatzstoffe
Produkte hergestellt werden, deren Porenstruktur gleichmässiger, homogener ist als die der bisher bekannten Kalksandziegel. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der eingesetzte Schlamm von vorn- herein porige Gerüststrukturen enthält und deshalb auf den Zusatz von gasbildenden Stoffen ver- zichtet werden kann. Die Wirkung dieser Zusätze ist niemals ganz beherrschbar, und in den Pro- dukten können sich festigkeitsmindernde Lunker bilden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist demnach sowohl für die Bauindustrie, der es eine neue
Rohstoffquelle erschliesst, wie auch für den Umweltschutz gleichermassen von Bedeutung.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1 : Ein aus dem Plattensee ausgebaggerter Schlamm hatte folgende Zusammensetzung :
Si02 41,0% MgC03 2, 1%
CaC03 31, 4% organische Stoffe 8, 9%
A1203 11, 1% sonstige 4, 3% Fe Os 1,2%
Der Schlamm war sehr fein. Auf einem Sieb der Maschenweite 60/U blieben lediglich 0, 5% Muschelschalen zurück.
Der Schlamm wurde im Drehrohrofen bei 900 C kalziniert. Dem kalzinierten Schlamm wurden nacheinander kleine Mengen Wasser zugesetzt und unter ständigem Mischen eine zum Pressen geeignete Masse hergestellt. Nachdem die gewünschte Konsistenz erreicht war, wurde die Masse noch 10 min lang homogenisiert. Dann wurde die Masse abstehen gelassen, daraus Ziegel gepresst und diese in einem Autoklaven mit Dampf von 10 at Druck behandelt. Die erhaltenen Ziegel waren blass gelblichbraun und fester als auf übliche Weise hergestellte Kalksandziegel.
Beispiel 2 : Es wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise gearbeitet, jedoch - da der Ansatz nicht durch Pressen, sondern durch Giessen geformt werden sollte - so viel Wasser zugesetzt, dass der Ansatz eine plastisch-dünnflüssige Konsistenz aufwies. Das erhaltene Produkt war etwa halb so fest wie die Ziegel gemäss Beispiel 1, jedoch waren seine wärmeisolierenden Eigenschaften wesentlich besser.
Auf der Basis von Versuchsergebnissen wurde eine zweckmässige Technologie ausgearbeitet, die im folgenden erläutert wird.
Der Schlamm wird mittels eines Baggers aus dem Gewässer gebaggert und durch eine Rohrleitung oder auf einem Förderband zu einem Lagerplatz gefördert. Dieser ist zweckmässig eine Sickergrube, damit das überflüssige Wasser austreten kann und für die folgenden Arbeitsgänge bereits erdfeuchtes Material zur Verfügung steht. Das erdfeuchte Material wird einer Brennvorrichtung, zweckmässig einem Drehrohrofen, zugeführt. Der Ofen ist zweckmässig mit einer Gas-
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ders günstig ist es, bei 1100 C zu kalzinieren.
Der gebrannte Schlamm wird dann über eine wärmerückgewinnende Vorrichtung, zweckmässig
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eine Kühltrommel, einer Zerkleinerungsvorrichtung und von dort einem Bunker zugeführt. Der auf diese Weise behandelte gebrannte Schlamm hat eine Teilchengrösse von maximal 3 mm und ist ein idealer Ausgangsstoff für die Herstellung von Kalksandziegeln.
Aus dem Bunker wird das Material mittels eines Förderbandes der Mischvorrichtung zugeführt, in der der Ansatz hergestellt, unter anderem auch das Wasser zugesetzt wird. Soll durch Pressen geformt werden, so ist die Verwendung eines Muldenmischers vorteilhaft, während für Ansätze mit giessfähiger Konsistenz eher ein Schaufelmischer geeignet ist. In der Mischvorrichtung erfolgt auch das Löschen des beim Brennen erhaltenen gebrannten Kalkes.
Durch Pressen können festere Ziegel hergestellt werden. Gepresst wird zweckmässig, wenn der Ansatz im sogenannten halbtrockenen Zustand ist, d. h. etwa 4 bis 6% Feuchtigkeit enthält.
Zwischen dem Muldenmischer und der Presse befindet sich zweckmässig ein Abstehsilo, wo der Ansatz ruhen gelassen wird.
Zum Pressen ist ein Druck wenigstens 150 bar erforderlich. Die geformten Ziegel werden dann möglichst mit auf Schienen laufenden Loren zu den Autoklaven gebracht, wo mit der Wärmebehandlung der Herstellungsprozess seinen Abschluss findet.
Soll durch Giessen geformt werden, wird beim Mischen wesentlich mehr Wasser zugesetzt.
Der giessbare Ansatz wird in mit abnehmbaren Seitenwänden versehene Formen gegossen. Durch das Löschen des Kalkes, das eine exotherme Reaktion ist, erwärmt sich der Ansatz und beginnt sich zu verfestigen. Nachdem die Seitenwände der Gussform abgenommen wurden, kann das noch bis zu einem gewissen Grade formbare Material einfach, z. B. mit einem Stahldraht, in Stücke der gewünschten Grösse aufgeteilt werden. Dann werden die Seitenwände der Gussform wieder hochgeklappt, und die Form wird, zweckmässig mit einer Lore, in den Autoklaven eingebracht. Der Druck des Sattdampfes soll wenigstens 5 bar, zweckmässig 10 bar, betragen.
Die Wärmebehandlung im Autoklaven dauert vorteilhaft wenigstens 4 h. Die besten Festigkeitswerte werden bei achtstündiger Behandlung erhalten. Nach Beendigung der Wärmebehandlung werden die erhaltenen Formkörper zweckmässig in Sammelverpackungen abgepackt, was den Transport und die Lagerung vereinfacht.
In der Tabelle sind die beiden wichtigsten Eigenschaften der erfindungsgemässen herstellbaren Elemente, ihre Festigkeit gegen Druck und ihre Wärmeleitzahl, zusammengestellt. Auch aus der Tabelle geht hervor, dass die durch Pressen erhaltenen Formkörper eine bessere Festigkeit aufweisen.
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<tb>
<tb>
Formkörper <SEP> Druckfestigkeit <SEP> Wärmeleitzahl <SEP>
<tb> bar <SEP> kcal/mh <SEP> C <SEP>
<tb> aus <SEP> kalziniertem
<tb> Schlamm, <SEP> gepresst <SEP> 110 <SEP> - <SEP> 160 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP>
<tb> aus <SEP> kalziniertem
<tb> Schlamm, <SEP> gegossen <SEP> 20-60 <SEP> 0, <SEP> 05-0, <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Das erfindungsgemässe Verfahren bringt Vorteile mit sich, die von einem Fachmann der Baustoffindustrie nicht vorausgesehen werden konnten. Der bisher ein lästiges Haldenprodukt darstellende Schlamm bietet eine neue Rohstoffquelle für die Baustoffindustrie. Die Wärmeleitfähigkeit der hergestellten Ziegel ist geringer, d. h. ihre wärmeisolierenden Eigenschaften sind besser als die der herkömmlichen Kalksandziegel.
Im Gegensatz zu der Herstellung normaler Kalksandziegel, wo das Presswerkzeug eine verhältnismässig geringe Lebensdauer hat, nimmt der feinkörnige lockere Schlamm das Werkzeug viel weniger in Anspruch, so dass die Lebensdauer der Vorrichtungen grösser ist. Vorteilhaft ist schliesslich, dass der benötigte Rohstoff kontinuierlich und "von selbst" anfällt und dadurch die Möglichkeit besteht, den schwer gewinnbaren und immer knapper werdenden Lehm zur Herstellung von Produkten zu verwenden, die ein höheres technisches Niveau erfordern.