AT524473B1 - Tonhaltiges Gemisch zur Herstellung von gebrannten und ungebrannten Bauprodukten oder Baustoffen - Google Patents
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Abstract
Tonhaltiges Gemisch zur Herstellung von gebrannten oder ungebrannten Bauprodukten oder Baustoffen, welches Ton und Wasser sowie fakultativ Zuschlagstoffe wie Sand, Kaolin, Kalk und Zusatzstoffe wie Strohhäcksel oder recyclierte Keramikprodukte aufweist. Zur Steigerung der Druckfestigkeit enthält das Gemisch alkalisch aktivierten Hybridzement in einer Menge von 10 bis 80 Gew.-% pro Gesamtmenge an Gemisch.
Description
TONHALTIGES GEMISCH ZUR HERSTELLUNG VON GEBRANNTEN UND UNGEBRANNTEN BAUPRODUKTEN ODER BAUSTOFFEN
BEREICH DER TECHNIK
[0001] Die Erfindung betrifft tonhaltiges Gemisch zur Herstellung von gebrannten oder ungebrannten Bauprodukten oder Baustoffen, welches Ton und Wasser sowie fakultativ Zuschlagstoffe wie Sand, Kaolin, Kalk und Zusatzstoffe wie Strohhäcksel oder recyclierte Keramikprodukte aufweist.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
[0002] Tonhaltige Stoffe wie Lehm gehören zu den ältesten bekannten Baustoffen. Die Produkte aus diesem Material kommen im Bauwesen sowohl in gebrannter als auch ungebrannter Form zum Einsatz.
[0003] Das Motiv zur Rückkehr der traditionellen Baustoffe, sog. earth building, z. B. Lehmziegel oder Lehmputz, ist, dass ein dickes Lehmmauerwerk die Wärme im Winter akkumuliert und im Sommer eine kühlere Umgebung erzeugt. Eine Lehmmischung besteht üblicherweise aus Ton, Sand, Schluff und Wasser. Ungebrannte lehmartige Baustoffe verfügen auch über Nachteile, wie zum Beispiel Auswaschung, Brüchigkeit und Schimmelbildung.
[0004] Produkte aus gebranntem Ziegelton gehören zu den meistgebrauchten Baustoffen. Diese Produkte, meistens in der Form von Ziegeln, Ziegelblöcken, Formsteinen und ähnlichen, werden aus Ziegelton, sog. Klinker hergestellt, der üblich aus Lehm, Ton, Magerungsmittel, Ausbrennmittel und Wasser besteht.
[0005] Tonhaltige Gemische zur Herstellung von gebrannten und ungebrannten Baustoffen werden heutzutage vielfach als Geopolymer-Werkstoffe bezeichnet und sind beispielsweise aus den CN106946513A, CN110294611A, CN111253094A und CN111592287A bekannt.
[0006] Eines der wichtigsten Merkmale der Produkte aus gebranntem Ziegelton als Baumaterial ist die Druckfestigkeit, und zwar vor allem bei Produkten aus gebranntem Ziegelton, welche Ausbrennmittel zur Erhöhung von wärmedämmenden Eigenschaften enthalten und welche heutzutage vor allem in Form von Ziegelblöcken oder Hohlsteinen verwendet werden. Die Gewichtsverringerung dieser Mauersteine hat jedoch die Reduzierung von deren Festigkeit zur Folge, was anschließend die Tragfähigkeit einer Mauerwand beeinträchtigt.
[0007] Das Ziel dieser Erfindung ist es, die Merkmale der Bauprodukte oder der Baustoffe aus gebranntem oder ungebranntem Ton zu verbessern, und zwar vor allem in Hinsicht auf Druckfestigkeit und unter der Erhaltung vor allem der wärmedämmenden Eigenschaften.
WESEN DER ERFINDUNG
[0008] Das vorgenannte Ziel wird mit einem tonhaltigen Gemisch der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass es alkalisch aktivierten Hybridzement in einer Menge von 10 bis 80 Gew.-% pro Gesamtmenge an Gemisch enthält.
[0009] Mit dem Gemisch nach dieser Erfindung kommt es zur deutlichen Erhöhung der Druckfestigkeit bei den Produkten, vor allem bei gebrannten Ziegeln in der Form von Ziegelblöcken oder Hohlsteinen, wobei bleiben die wärmetechnischen Parameter der Produkte erhalten. Das Gemisch nach dieser Erfindung ermöglicht auch bei den Produkten aus gebranntem Ton die Temperatur und die Brennzeit der Produkte zu reduzieren, was vorteilhafte Herabsetzung der Produktionskosten durch Senkung des Energieaufwandes beim Brennvorgang darstellt. Mit der Senkung der Brennzeit kommt es auch zur Reduzierung von CO2-Emissionen und zur Erhöhung der Keramikofenleistung, es kommt zur Senkung der Schwindung beim Trocknen und Brennen und dies hat die niedrigere Rissbildung zur Folge.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
[0010] Zur Vorbereitung einer Probe wurde als Grundgemisch zur Herstellung von Produkten aus Ziegelton das im Ziegelwerk in Pezinok verwendete Ziegelgemisch eingesetzt. In diesem Ziegelton wurde der alkalisch aktivierte Hybridzement in der Menge von 15 Gew.-% in Bezug auf Gesamtmenge an Gemisch zugegeben. Die Wassermenge im Ziegelgemisch lag auf dem Niveau von 19,4 Gew.-%. Diese Probe wird nachstehend als 15H bezeichnet.
[0011] Zur Vorbereitung einer weiteren Probe wurde zu einem wie im vorherigen Fall ähnlichen Ziegelgemisch der alkalisch aktivierte Hybridzement in einer Menge von 30 Gew.-% in Bezug auf Gesamtmenge an Gemisch zugegeben. Diese Probe wird nachstehend als 30H bezeichnet.
[0012] Um den Einfluss der Zugabe des alkalisch aktivierten Hybridzements zu vergleichen, wurden gleichzeitig auch Referenzproben, nachstehend als REF bezeichnet, vorbereitet. Diese Referenzproben wurden nur aus dem Grundgemisch hergestellt, d. h. aus dem Ziegelgemisch ohne Zugabe des alkalisch aktivierten Hybridzements.
Die Proben wurden in allen drei Fällen vorbereitet, wie folgt.
[0013] Mit der Homogenisierung durch das Mischen wurde von den Eingangsrohrstoffen ein „Ziegelteig“ vorbereitet, aus dem nach der Lagerung von 12 bis 14 St. mittels Pressverfahren unter Druck von 8 bis 12 Mpa Prüfproben hergestellt wurden. Auf diese Weise hergestellte Proben wurden auf einem Gitterrost während einer in nachstehender Tabelle als Hydratationszeit bezeichneten Zeit gelagert. Die Probenserien wurden bei den Temperaturen 700, 800 und 900 °C gebrannt. Der Brennvorgang erfolgte im elektrischen Laborofen mit geregeltem Brennbetrieb. Die Erwärmungsgeschwindigkeit war 5 °C/min und die Haltedauer bei gegebener Brandtemperatur betrug 120 min.
[0014] In der Tabelle sind überwachte physikalische Eigenschaften der Proben REF, 15H, 30H nach dem Brennvorgang bei 700 °C, 800 °C und 900 °C, bzw. nach dem Brennvorgang und Hydratation bei den Proben 15H, 30H angeführt.
Probe Hydratations- |Gewichts- Volumen- Offene Druckfestigzeit [St.] verlust Am gewicht Porigkeit keit [%] [g/cm‘°] [%] [MPa] REF - 700 °C 25,97 1,6501 36,5 11,53 15H - 700 °C 69 23,32 1,7042 35,16 >26,11 30H - 700 °C 44 21,27 1,7974 31,59 >26,11 REF - 800 °C 27,31 1,6327 38,12 14,15 15H - 800 °C 93 23,85 1,6998 36,79 >26,11 30H - 800 °C 68 21,52 1,7898 33,86 >26,11 REF - 900 °C 27,05 1,5935 42,07 15,02 15H - 900 °C 45 23,79 1,695 39,67 18,69 30H - 900 °C 20 21,48 1,7566 38,2 >26,11
[0015] Die Druckfestigkeit aller gebrannten Proben wurde unter gleichen Testbedingungen mit dem Geräte von Fa. LOYD Instruments LR5K plus (mit der Maximalbelastung von 5000 N) ermittelt. Bei den Proben mit alkalisch aktiviertem Hybridzement war es nicht möglich, den genauen Wert der Festigkeit zu bestimmen, weil die mit dem Gerät erreichbare Maximalkraft (5000 N) zum Brechen der Testkörper von Proben nicht ausreichend war.
[0016] Die Festigkeiten der Referenzproben, REF, aus Ziegelton steigen mäßig mit der Brandtemperatur. Bei der Temperatur von 900 °C wurde eine Festigkeit auf dem Niveau von 15 MPa erreicht (ein mit den Festigkeiten von den marktüblichen Ziegeln vergleichbarer Wert). Laufend eingesetzte Brandtemperatur bei üblichen Ziegeln beträgt 900 °C. Deshalb kann man die Probe REF - 900 °C als Referenzprobe bei der Ermittlung der Einwirkung der Zugabe des alkalisch aktivierten Hybridzements auf die Sinterfähigkeit und mechanische Eigenschaften wahrnehmen.
Alle Proben mit der Zugabe von alkalisch aktiviertem Hybridzement besitzen die Festigkeiten mindestens um 74 % höher als REF - 900 °C.
[0017] Es wurde ein Gemisch zur Herstellung der Tondachziegel vorbereitet, wo der Ziegelton mit 20 Gew.-% aus gemahlenen recyclierten Tondachziegeln und der alkalisch aktivierte Hybridzement in der Menge von 15 Gew.-% pro Gesamtmenge an Gemisch eingesetzt wurden. Der Brennvorgang erfolgte in einem mit Erdgas beheizten Tunnelofen bei der Temperatur von 900 °C. Der Verbrauch von natürlichem Ziegelrohstoff ist um 20 % gesunken, die Biegefestigkeit ist gleich wie beim üblich gebrannten Dachziegeln geblieben, die C0O2-Emissionen sind mindestens um 5 % gesunken, aufgrund der kleineren Volumenänderungen ist die Ausschussproduktion mind. um 30 % gesunken.
[0018] Es wurde ein Gemisch zur Herstellung der Tondachziegel vorbereitet, wo der Ziegelton mit 10 Gew.-% von Mergel mit einem Anteil von Carbonaten über 30 % und der alkalisch aktivierte Hybridzement in der Menge von 10 Gew.-% pro Gesamtmenge an Gemisch eingesetzt wurden. Der Brennvorgang erfolgte in einem mit Erdgas beheizten Tunnelofen bei der Temperatur von 900 °C. Der Verbrauch des qualitätsgerechten Ziegeltons ist gesunken, aufgrund der Wirkung des alkalisch aktivierten Hybridzement kam es zu keinen Volumenänderungen des Produktes. Es wurde ein Gemisch zur Herstellung des Keramikbodens vorbereitet, wo der kaolinhaltige Ton mit 10 Gew.-% der recyclierten Keramikplatten und der alkalisch aktivierte Hybridzement in der Menge von 10 Gew.-% pro Gesamtmenge an Gemisch eingesetzt wurden. Der Brennvorgang erfolgte in einem Rollenofen bei 800 °C. Es ist wesentlich der Energieaufwand mind. um 20 % gesunken, die Eigenschaften der Pflasterplatten haben die Festigkeit 5 bis 8 nach Mohs wie bei üblicher Produktion erreicht, wobei ist die Ofenleistung mindestens um 5 bis 10 % gestiegen.
Es wurde ein Gemisch zur Lehmputzherstellung vorbereitet, wo Lehm, Sand, Strohhäcksel und alkalisch aktivierter Hybridzement in der Menge von 15 Gew.-% pro Gesamtmenge an Gemisch eingesetzt wurden. Der Lehmputz wurde sowohl im Außenraum als auch im Innenraum eingesetzt, wobei hat sich die Festigkeit, die Haftkraft zur Wand verbessert, was ermöglicht hat, die Wandputzstärke für bessere wärmedämmende Eigenschaften zu erhöhen, es sind die Volumenänderungen mit der Reduzierung der Anzahl von Rissen gesunken, es wurde die Auswaschung beim Außenputz und die Brüchigkeit beim Innenputz verbessert, wobei hat sich die antibakterielle Wirkung des alkalisch aktivierten Hybridzements durch niedrigere Pilzbildung bezeigt.
[0019] Es wurde ein Ziegeltongemisch mit 15 bis 30 Gew.-% des alkalisch aktivierten Hybridzements vorbereitet. Der alkalisch aktivierte Hybridzement enthält Alkalisalze, die die Wärmeenergieakkumulation beim Endprodukt, zum Beispiel bei den mittels Extrudieren hergestellten Ziegelsteinen verbessern. Der Brennvorgang erfolgte in einem Tunnelofen bei einer Temperatur 700 bis 900 °C, um das höchste Volumengewicht beim niedrigsten Porenanteil zu erreichen. Die Ziegelsteine wurden als Keramikakkumulator zur Aufnahme der Wärmeenergie mit anschließender regulierter Ausgabe über Wärmetauscher eingesetzt.
[0020] Es wurde ein Tongemisch mit dem Inhalt von CaCOs über 30 %, z. B. Mergel oder Kalkstein mit dem Inhalt von CaCOs + MgCOs3 über 50 % vorbereitet und dieses wurde als Ersatz eines Teils von Feinsand im Brandschutzputz mit der Beimischung von 20 bis 80 Gew.-% des alkalisch aktivierten Hybridzements eingesetzt. Dieses Gemisch ist zum Schutz von Stahl-, Holzund Betonkonstruktionen geeignet.
[0021] Bei Brand, bei den Temperaturen um 800 °C, zersetzen sich Carbonate und setzen das diffundierende CO-> frei, welches eine Löschwirkung hat, wodurch sich die Wirkung des Gemischs vervielfacht. CaOfrei + MgO reagiert mit alkalisch aktivem Hybridzement und dem Sand zum festen Aggregatzustand mit weiterem Schutz der Konstruktion.
Die vorgenannten Beispiele dienen nur der Illustration dieser Erfindung. Diese Beispiele zeigen nicht alle Möglichkeiten, Kombinationen und Bereiche in der Zusammensetzung des Gemischs nach dieser Erfindung, welche im Sinne vom Wesen dieser Erfindung vorbereitet werden können.
Claims (1)
1. Tonhaltiges Gemisch zur Herstellung von gebrannten oder ungebrannten Bauprodukten oder Baustoffen, welches Ton und Wasser sowie fakultativ Zuschlagstoffe wie Sand, Kaolin, Kalk und Zusatzstoffe wie Strohhäcksel oder recyclierte Keramikprodukte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es alkalisch aktivierten Hybridzement in einer Menge von 10 bis 80 Gew.- % pro Gesamtmenge an Gemisch enthält.
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