DE102007009927A1

DE102007009927A1 - Mauerstein und Verfahren zur Herstellung von Mauersteinen

Info

Publication number: DE102007009927A1
Application number: DE200710009927
Authority: DE
Inventors: Josef Meier
Original assignee: MEIER BETONWERKE und BAUSTOFFH; MEIER BETONWERKE und BAUSTOFFHANDEL GmbH
Current assignee: MEIER BETONWERKE und BAUSTOFFH; MEIER BETONWERKE und BAUSTOFFHANDEL GmbH
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Der Mauerstein hat eine zumindest überwiegend haufwerksporige Struktur aus über Bindemittel miteinander verbundenen Zuschlagskörnern, wobei die Zuschlagskörner eine Korngröße vom maximal 16 mm aufweisen und wobei wenigstens ein Teil der Zuschlagskörner Schwerzuschlagskörner aus Kalkstein und/oder Natursand, der überwiegend aus Quarz besteht, sind und wobei das Bindemittel 25 Masse-% bis 100 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Bindemittels, erhärteten Kalk enthält. Das Verfahren zum Herstellen von Mauersteinen umfasst die Verfahrensschritte: a) Herstellen einer Ausgangsmischung aus Zuschlagskörnung, Bindemittel und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen mit Wasser, b) wobei die Zuschlagskörnung wenigstens teilweise eine Schwerzuschlagskörnung aus Kalkstein und/oder Natursand, der überwiegend aus Quarz besteht, enthält, und eine maximale Korngröße von 16 mm aufweist c) und wobei das Bindemittel 25 Masse-% bis 100 Masse-% Kalk, insbesondere Luftkalk und/oder hydraulischen Kalk, bezogen auf die Gesamttrockenmasse des Bindemittels, enthält, d) Herstellen von Steinformlingen aus der Ausgangsmischung, e) Trocknen der Steinformlinge, wobei das Bindemittel aushärtet und die Zuschlagskörner miteinander fest verbindet und wobei aus dem Kalk des Bindemittels im Wesentlichen erhärteter Kalk entsteht, f) Bereitstellen oder Verwendung der getrockneten und ausgehärteten Steinformlinge als Mauersteine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mauerstein und ein Verfahren zum Herstellen von Mauersteinen.
Mauersteine werden zum Mauern von Mauersteinverbänden für Wände von Gebäuden, insbesondere Außenwände, Innenwände und Kellerwände; und auch für freistehende Mauern, verwendet: Die Mauersteine werden im Mauersteinverband an ihren Fugen vermörtelt und dadurch fest durch den ausgehärteten Mörtel miteinander verbunden, zumindest an den Lagerfugen übereinanderliegender Steinlagen. An den Stoßfugen zwischen Steinen kann auch eine formschlüssige Verbindung wie eine Verzahnung oder Nut und Feder vorgesehen sein und dann eine Vermörtelung der Stoßfugen entfallen.
Als Materialien für Mauersteine sind neben den traditionell verwendeten Natursteinen, insbesondere Magmagesteinen wie Granit oder Sedimentgesteinen wie Kalkstein (CaCO₃) oder Sandstein oder metamorphen Gesteinen wie Marmor, um nur einige zu nennen, heutzutage überwiegend künstlich oder von Menschenhand geformte Mauersteine in Gebrauch. Neben Mauerziegelsteinen sind vor allem Kalksandsteine und Mauersteine aus Porenbeton oder Leichtbeton beim Bau von Gebäuden und Häusern gebräuchlich. Eine Übersicht über Natursteine und keramische und mineralisch gebundene Baustoffe gibt beispielsweise das Buch Scholz/Wiese – „Baustoffkenntnis", 15. Auflage, 2003, Werner-Verlag, Seite 1 bis Seite 99.
Mauerziegelsteine werden aus Ton, Lehm oder tonigen Massen ohne oder mit Zusatzstoffen geformt und gebrannt.
Kalksandsteine sind Mauersteine, die aus feinem Kalk und kieselsäurehaltigen Zuschlägen hergestellt werden. Dazu wird gemahlener Branntkalk (gebrannter Kalk, Calciumoxid, CaO) hergestellt durch Brennen von Kalkstein (CaCO₃) und mit kieselsäurehaltigen Zuschlägen oder Sanden unter geringem Wasserzusatz gemischt. Bei einer Zwischenlagerung löscht der gebrannte Kalk zu Kalkhydraten (gelöschter Kalk) ab. Sodann wird das Gemisch in einem Nachmischer auf Pressfeuchte gebracht, und es werden Steinrohlinge gepresst. Die Steinrohlinge werden dann in Autoklaven unter Sattdampfdruck bei etwa 16 bar und bei Temperaturen von 160°C bis 220°C gehärtet. Bei der Härtung reagiert der Kalk mit dem durch den heißen Wasserdampf aufgeschlossenen Siliciumoxid des Zuschlages oder Sandes zu Calciumhydrosilicaten ohne Carbonatisierung. Die Zuschlags- oder Sandkörner sind also in Kalksandsteinen über ein erhärtetes Bindemittel, das aus Calciumhydrosilicaten besteht, jedoch kein Calciumcarbonat enthält, miteinander verbunden oder verkittet. Die Struktur in Kalksandsteinen ist nicht haufwerksporig, sondern es liegt eine, auch im Erscheinungsbild des Steines, geschlossene Bindemittelmatrix zwischen den Zuschlagskörnern vor.
Beton ist ein künstlicher Stein, der aus einem Gemisch von Zement, Gesteinskörnung und Wasser durch Erhärten des Zement-Wasser-Gemisches entsteht. Zemente sind hydraulische Bindemittel und bestehen hauptsächlich aus Calciumsilicaten und Calciumaluminaten, die mit Wasser reagieren und dabei entsprechende Hydrate bilden. Leichtbeton hat eine geringere Trockenrohdichte und wird durch Leichtzuschläge und/oder Porigkeit des Betongefüges hergestellt (vgl. Scholz/Wiese – „Baustoffkenntnis", Seiten 179 bis 189, Seiten 247 bis 269 und Seiten 337 bis 342).
Mauersteine aus Porenbeton werden durch Mischen von quarzhaltigem Sand oder anderen quarzhaltigen Zusatzstoffen oder Flugaschen als Zuschlag und Branntkalk und/oder Zement als Bindemittel, Treibmitteln und Wasser so wie ggf. Zusatzstoffen hergestellt. Als Porosierungsmittel wird feines Pulver oder eine feinkörnige Paste von Aluminium zugesetzt. Die Poren entstehen durch frei werdenden Wasserstoff. Das Rohstoffgemisch wird in Formen gegossen und durch Auftreiben der Mischung entsteht der Formling in der Form. Der Formling wird anschließend in einer Sattdampfatmosphäre bei ca. 190°C gehärtet. Die Porenwände und das erhärtete Bindemittel zwischen den Zuschlagskörnern bestehen bei Porenbetonsteinen im Wesentlichen aus Calciumsilikathydrat. Porenbetonsteine sind nicht haufwerksporig, sondern es handelt sich um eine durch das Bindemittel geschlossene Struktur, die allerdings sehr viele und teilweise sehr feine Gasporen in der Bindemittelmatrix aufweist.
Die europäische Norm DIN EN 771-3 und die deutschen Anwendungsnormen DIN 18151, 18152, 18153 und 20000-403 beschreiben die Zusammensetzung, die Eigenschaften und die Anwendung von Mauersteinen aus Beton (Normal- und Leichtbeton), die neben normalen und leichten Gesteinskörnungen nur Zement als Bindemittel enthalten. Als normale Gesteinskörnungen werden überwiegend Naturkiese und Natursande verwendet.
Mauersteine aus Leichtbeton nach DIN 18151, 18152 und 18153, bestehen aus Beton einer Trockenrohdichte von maximal 2000 kg/m³, bei dem die Ausgangsmischung neben den für Beton charakteristischen Komponenten Zement, Gesteinskörnung und Wasser zusätzlich Leichtzuschläge gemäß DIN EN 13055-1 zugesetzt werden, beispielsweise Blähton, Blähschiefer, Blähglas, Bims oder Kesselsand. Der Beton wird in Formen verpresst und meist zur Erhärtung einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Leichtbeton-Mauersteine haben in der Regel eine haufwerksporige Struktur, wobei sich die Zuschlagskörner mit dem Zementleim überzogen sind und sich in dichtester Lagerung in kleinen, eher punktförmigen Bereichen berühren und dort über den erhärteten Zement oder Zementleim als Bindemittel miteinander verbunden sind (vgl. vgl. Scholz/Wiese – „Baustoffkenntnis", s. o., Seiten 92 bis 98, 209, 338 bis 339).
Es ist ferner bekannt, Baukalke als Bindemittel für Mauermörtel und Putzmörtel sowie zum Weißen und für Kalkfarbanstriche zu verwenden, Feinkalk auch zur Herstellung von Kalkstandsteinen (vgl. Scholz/Wiese – „Baustoffkenntnis", s. o., Seiten 166 bis 173). Bei Baukalken unterscheidet man, beispielsweise in der DIN EN 459, Luftkalke und hydraulische Kalke.
Luftkalk ist im Wesentlichen gelöschter Kalk oder Calciumhydroxid oder Kalkhydrat Ca(OH)₂, der durch Löschen von gebranntem Kalk (CaO), der durch Brennen von Kalkstein oder Calciumcarbonat CaCO₃ hergestellt wird, mit Wasser (H₂O) hergestellt wird. Der Luftkalk hat seinen Namen daher, dass beim Erhärten der gelöschte Kalk Ca(OH)₂ mit Wasser und Kohlendioxid aus der Luft, die zusammen Kohlensäure (H₂CO₃) bilden, zu erhärtetem Kalk (Kalkstein CaCO₃) und Wasser exotherm reagiert. Hydraulische Kalke enthalten Bestandteile, die durch Reaktion mit Wasser zementähnlich erhärten, wie auch unter Wasser erstarrende und erhärtende hydraulische Verbindungen auf Basis von Ton, der im Wesentlichen Kieselsäure (SiO₂), Tonerde (Al₂O₃) und Eisenoxid (Fe₂O₃) enthält.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen neuen Mauerstein und ein neues Verfahren zum Herstellen von Mauersteinen anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Mauersteins mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen von Mauersteinen mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weiterbildungen, Ausgestaltungen und Anwendungen des Mauersteins und des Verfahrens ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.
Der Mauerstein gemäß der Erfindung weist im Wesentlichen eine haufwerksporige Struktur aus über Bindemittel miteinander verbundenen Zuschlagskörnern oder Zuschlagspartikeln auf, wobei die Zuschlagskörner eine Korngröße (oder: Größtkornmaß) von maximal 16 mm aufweisen. Wenigstens ein Teil der Zuschlagskörner sind Schwerzuschlagskörner, wobei Schwerzuschlagskörner aus Kalkstein vorgesehen sind oder als Schwerzu schlagkörner Natursandkörner oder Naturkieskörner, die jeweils überwiegend aus Quarz bestehen, oder als Schwerzuschlagskörner sowohl Zuschlagskörner aus Kalkstein als auch Natursandkörner oder Naturkieskörner, die jeweils überwiegend aus Quarz bestehen, vorgesehen sind. Das Bindemittel enthält 25 Mass.% (Massenprozent) bis 100 Mass.%, bezogen auf die Gesamtmasse des im Mauerstein enthaltenen Bindemittels, erhärteten Kalk, insbesondere erhärteten oder abgebundenen Luftkalk und/oder hydraulischen Kalk.
Unter haufwerksporiger Struktur des Mauersteins wird dabei verstanden, dass zwischen den einzelnen Zuschlagskörnern oder -partikeln keine geschlossene Bindemittelmatrix vorliegt, sondern Freiräume existieren, die sog. Haufwerksporen. Die Zuschlagskörner sind nur an kleinen Verbindungsbereichen oder eher punktförmig über das Bindemittel miteinander verbunden und ansonsten nicht über Bindemittel miteinander verbunden oder, mit anderen Worten durch die gasgefüllten Zwischenporen oder Haufwerksporen voneinander getrennt. Die Haufwerksporen sind dabei zumindest teilweise so groß, dass sie mit dem bloßen Auge erkennbar sind, und nehmen einen bedeutsamen Teil des Gesamtvolumens des Mauersteins, üblicherweise mehr als 3 Volumenprozent, ein. Die haufwerksporige Struktur herrscht im Allgemeinen in wenigstens 95 Prozent, vorzugsweise wenigstens 98%, des Mauersteinvolumens vor. Die haufswerkporige Struktur des Mauersteines gemäß der Erfindung ermöglicht eine offene und diffusionsoffene oder gas- und dampfdurchlässige Struktur des Mauersteins, die ein gutes Raumklima ermöglicht.
Die Bindung des Mauersteins mit Kalk ermöglicht eine hohe Tragfähigkeit und damit dünne Wandstärken. Der Stein selbst sowie seine Herstellung und Entsorgung sind ökologisch unbedenklich.
Der Massenanteil an hydraulischem Kalk oder hydraulisch abgebundenem Kalk im Mauerstein ist im Allgemeinen wenigstens so hoch wie der Anteil des erhärteten Luftkalkes und beträgt vorzugsweise wenigstens das 1,5-Fache des Anteils des Luftkalkes.
Vorzugsweise hat die Gesamtmasse der Zuschlagskörner im trockenen Mauerstein einen Massenanteil von 50 Mass.% bis 90 Mass.% und das Bindemittel einen Massenanteil an der Trockenmasse des Mauersteins von 10 Mass.% bis 50 Mass.%.
In einer Ausführungsform des Mauersteins sind ein Teil der Zuschlagskörner Leichtzuschlagskörner, insbesondere aus wenigstens einem Material oder mehreren Materialien der Blähton, Blähschiefer, Blähglas, Bimsstein, Lava, Kesselsand umfassenden Gruppe von Materialien. Dadurch kann die Trockenrohdichte des Mauersteins reduziert werden.
Der Masseanteil der Leichtzuschlagskörner an der Gesamttrockenmasse der Zuschlagskörner im Mauerstein beträgt vorzugsweise 10 Mass.% bis 75 Mass.%.
Das Bindemittel im Mauerstein kann neben erhärtetem Kalk auch erhärteten Zement enthalten. Der Masseanteil des erhärteten (gebundenen) Zements beträgt dabei insbesondere von 0 Mass.% bis 75 Mass.%, vorzugsweise 25 Mass.% bis 50 Mass.%, der Gesamtmasse des im trockenen Mauerstein enthaltenen Bindemittels.
Die maximale Körngröße der Schwerzuschlagskörner und/oder der Leichtzuschlagskörner beträgt vorzugsweise 8 mm.
Der Mauerstein weist insbesondere eine Trockenrohdichte zwischen 400 kg/m³ und 2200 kg/m³ und/oder eine Druckfestigkeit zwischen 2 N/mm² und 30 N/mm² und/oder eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 0,09 W/(mK) und 1,4 W/(mK) auf.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist zum Herstellen eines oder mehrerer Mauersteine geeignet und bestimmt und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

a) Herstellen einer Ausgangsmischung aus Zuschlagskörnung, Bindemittel und gegebenenfalls weiterer Zusatzstoffe mit Wasser,
b) wobei die Zuschlagskörnung wenigstens teilweise eine Schwerzuschlagskörnung aus Kalkstein und/oder Natursand, der überwiegend aus Quarz besteht, enthält, und eine maximale Korngröße von 16 mm aufweist
c) und wobei das Bindemittel 25 Mass.% bis 100 Mass.% Kalk, insbesondere Luftkalk und/oder hydraulischen Kalk, bezogen auf die Gesamttrockenmasse des Bindemittels, enthält,
d) Erzeugen von Steinformlingen aus der Mischung,
e) Trocknen der Steinformlinge, wobei das Bindemittel aushärtet und die Zuschlagskörner miteinander fest verbindet und wobei aus dem Kalk des Bindemittels im Wesentlichen erhärteter Kalk entsteht,
f) Bereitstellen oder Verwendung der getrockneten und ausgehärteten Steinformlinge als Mauersteine.

Die Verwendung von Kalk als oder im Bindemittel verbessert die Verarbeitbarkeit der Ausgangsmischung, insbesondere deren Fließverhalten, und führt zu einer Einsparung an Bindemittel gegenüber reinem Zement als Bindemittel.
Die Zuschlagskörnung hat in einer Ausführungsform des Herstellverfahrens einen Masseanteil an der Trockenmasse der Ausgangsmischung, das heißt der Ausgangsmischung ohne Wasser, von 60 Mass.% bis 92 Mass.% und das Bindemittel hat einen Massenanteil an der Trockenmasse der Ausgangsmischung von 8 Mass.% bis 40 Mass.%. Mit diesen Mischungsverhältnissen entstehen im Allgemeinen Mauersteine mit einer haufwerksporigen Struktur.
Die Ausgangsmischung kann ferner bis 2 Mass.% bezogen auf ihre Gesamttrockenmasse chemische Zusatzstoffe zur Verbesserung der Verarbeitung und/oder Eigenschaften der Ausgangsmischung oder des daraus hergestellten Mauersteins, insbesondere Schaum- oder Luftporenbildner, Verflüssiger, aufweisen, wobei dann der Massenanteil wenigstens einer der anderen Komponenten entsprechend verringert ist.
Das Bindemittel enthält bevorzugt 50 Mass.% bis 100 Mass.% Kalk, insbesondere Luftkalk und/oder hydraulischen Kalk, bezogen auf die Gesamtmasse des Bindemittels in der Ausgangsmischung.
Der Anteil an hydraulischem Kalk in der Ausgangsmischung ist im Allgemeinen wenigstens so hoch wie der Anteil des Luftkalkes und beträgt vorzugsweise wenigstens das 1,5-Fache des Anteils des Luftkalkes.
Ferner kann das Bindemittel neben Kalk auch Zement enthalten, insbesondere 0 Mass.% bis 75 Mass.%, vorzugsweise 25 Mass.% bis 50 Mass.%, bezogen auf die Gesamttrockenmasse des Bindemittels in der Ausgangsmischung.
In einer weiteren Variante umfasst die Zuschlagskörnung eine Leichtzuschlagskörnung, insbesondere aus wenigstens einem Material oder mehreren Materialien der Blähton, Blähschiefer, Blähglas, Bimsstein, Lava, Kesselsand umfassenden Gruppe von Materialien und/oder insbesondere mit einem Massenanteil an der Gesamttrockenmasse der Zuschlagskörnung in der Ausgangsmischung von 10 Mass.% bis 75 Mass.%.
Die Korngröße der Schwerzuschlagskörnung und/oder der Leichtzuschlagskörnung beträgt bevorzugt maximal 8 mm.
Die Steinformlinge werden aus der Ausgangsmischung vorzugsweise durch Pressen in einem Steinformwerkzeug einer Steinpresse erzeugt.
Das Trocknen und Abbinden der Steinformlinge erfolgt im Allgemeinen bei einer relativen Feuchte von 50% bis 100% und bei Temperaturen von 10°C bis 45°C, also insbesondere normalen Atmosphären-, Umgebungs- oder Lagertemperaturen, sowie unter Atmosphärendruck oder Normaldruck.
Somit wird durch die Wahl von Temperatur, Druck und Feuchte beim Trocknen und Abbinden der Steinformlinge verhindert, dass eine chemische Reaktion zwischen den Zuschlagskörnern und dem Bindemittel stattfindet und es erhärtet nur das Bindemittel. Somit ist auch kein aufwendiges Aushärten unter höheren Temperaturen und Dampfdruck erforderlich wie beispielsweise bei Kalksandsteinen. Ferner hat dies den Vorteil, dass keine weitere Energie zugeführt werden muss und dass die haufwerksporige Struktur, die durch die Zusammensetzung der Ausgangsmischung entsteht, erhalten bleibt.
Der Mauerstein findet eine bevorzugte Anwendung für ein Mauerwerk im Innenbereich, Außenbereich oder Kellerbereich eines Gebäudes, insbesondere eines Wohnhauses.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
In allen Ausführungsbeispielen wurden die verwendeten Gesteinkörnungen, Bindemittel und ggf. chemischen Zusatzmitteln mit Wasser in einem Zwangsmischer so lange intensiv gemischt, bis eine verarbeitungsfähige, im Wesentlichen homogene und mehr oder weniger erdfeuchte Ausgangsmischung entstand. Dazu wurden Standardmischer, die auch zum Mischen von Beton verwendet werden, eingesetzt. Geeignet sind Mischer mit rotierenden Mischwerkzeugen, z. B. ein horizontal drehender Eirich-Mischer oder ein Zyklos-Mischer, oder auch schrägstehende Mischer oder andere Mischaggregate, die für eine gleichmäßige Durchmischung sorgen.
Die erzeugte feuchte Ausgangsmischung wird dann in eine Steinpresse verbracht und dort in eine Steinform gefüllt, die dem gewünschten Format des Mauersteins entspricht und je nach gewünschter Geometrie des Mauersteins ausgebildet ist, beispielsweise auch für eine Verzahnung oder eine Nut-Feder-Verbindung oder für Griffmulden oder andere Strukturen an der Oberfläche des Steines ausgebildet ist. Während des Füllvorgangs wird die Mischung bereits vorverdichtet. Die endgültige Verdichtung der Mischung zu dem Steinformling erfolgt vorzugsweise durch hohe Vibrationsenergie und durch das Einbringen von Pressstempeln in die Steinform.
Nach diesem Verdichtungsvorgang beim Pressen wird der gepresste Steinformling (Grünling, Pressling) automatisch entformt, d. h. die Form wird von dem Steinpressling, der auf einer Unterlage liegt, abgenommen, und, insbesondere über verschiedene Fördereinrichtungen wie z. B. Förderbänder, in eine Trockenkammer oder Aushärtkammer verbracht.
In der Trockenkammer werden die Steinformlinge über einen Zeitraum bis zu mehreren Tagen (bis zu einer Woche, in der Regel kürzer) liegen gelassen und gelagert zum Aushärten. In der Trockenkammer herrschen für diesen Aushärtevorgang typischerweise normale Temperaturen zwischen 10°C und 45°C und Luftfeuchtigkeiten von typischerweise 50% und 100%.
Während des Trocken- und Aushärtevorgangs reagiert das enthaltene Bindemittel, insbesondere dessen Kalkanteil und ggf. Zementanteil mit dem Anmachwasser vom Mischvorgang und/oder dem Kohlendioxid der Luft und bildet eine feste Struktur zum Binden der Gesteinskörner als nunmehr erhärteter Kalk bzw. Zement als Bindemittel im Mauerstein. Das restliche Wasser verdunstet mit der Zeit, bis die Ausgleichsfeuchte im Mauerstein erreicht ist.
Nach dem Aushärten werden die Mauersteine aus der Trockenkammer heraustransportiert und im Freien oder in einer Halle oder einem Lager bis zu ihrer Auslieferung und Verwendung gelagert.
Es wird als Zuschlagskörnung eine Gesteinskörnung für die Ausgangsmischung verwendet mit einem Anteil von Splitt und Sand aus gebrochenem Kalkstein, insbesondere reinem Kalkstein (CaCO₃) und/oder dolomitisiertem Kalkstein (CaCO₃·MgCO₃), und/oder Naturkies und -sand (überwiegend Quarz SiO₂) von 60 Gew.% bis 90 Gew.%, wobei die angegebenen Gewichtsprozent sich auf das Trockengewicht der Ausgangsmischung ohne Wasser beziehen. Die Zuschlagsstoffe weisen Körnungen von 0 mm bis 16 mm, vorzugsweise 0 mm bis 8 mm, auf. Die Körnungen werden insbesondere durch Siebverfahren und entsprechende Sieblinien oder Abfolgen von Siebschritten festgelegt.
Die gravimetrischen Anteile werden in den Ausführungsbeispielen in Gewichtsprozent (Gew.%) bezogen auf das jeweilige Gesamtgewicht angegeben, können aber ebenso, physikalisch korrekter, in Massenprozent (Mass.%) bezogen auf die jeweilige Gesamtmasse angegeben werden. Die Zahlenwerte sind in beiden Fällen gleich.
Zum Erzeugen niedrigerer Trockenrohdichten der Mauersteine für leichtere oder besser wärmedämmende Mauersteine werden in einigen Ausführungsbeispielen leichte Gesteinskörnungen wie Blähton, Blähschiefer, Bimsstein, Blähglas, Lava oder Kesselsand in Gewichtsanteilen von 10 Gew.% bis 75 Gew.% und ebenfalls mit Körnungen von 0 mm bis 16 mm, vorzugsweise 0 mm bis 8 mm, beigegeben.
Als Bindemittel für die Ausgangsmischung wird Kalk, insbesondere Luftkalk (Ca(OH)₂) und/oder hydraulischer Kalk (beispielsweise CaO·SiO₂·Al₂O₃), in einem Gewichtsprozentanteil von 25 Gew.% bis 100 Gew.%, vorzugsweise 50 Gew.% bis 75 Gew.%, bezogen auf das Gesamtrockengewicht des Bindemittels, verwendet und, soweit als komplementärer Bestandteil des Bindemittels vorgesehen, Zement von 0 Gew.% bis 75 Gew.%, vorzugsweise 25 Gew.% bis 50 Gew.%, bezogen auf das Gesamtrockengewicht des Bindemittels.
Der gravimetrische Anteil (Gewichtsanteil) des Bindemittels Kalk oder Kalk und Zement an dem Gesamttrockengewicht der Ausgangsmischung liegt zwischen 8 Gew.% und 40 Gew.%.
Wasser wird typischerweise in einem Anteil von 5 Mass.% bis 25 Mass.% bezogen auf die Trockenmasse der Ausgangsmischung zugesetzt, wobei bei höherem Anteil Leichtzuschlag in der Regel mehr Wasser genommen wird.
Ferner werden den Ausgangsmischungen teilweise auch chemische Zusatzmittel wie Schaum- oder Luftporenbildner oder Verflüssiger oder ähnliches in Gewichtsanteilen kleiner oder höchstens 2 Gew.% bezogen auf das Gesamttrockengewicht der Ausgangsmischung zur Verbesserung der Frisch- und Festbaustoffeigenschaften dieser Mischungen und daraus hergestellten Mauersteine beigefügt.
Bei dem Vergleich der Anteile der Zuschlagskörnung und des Bindemittels in der Ausgangsmischung im noch nicht erhärteten Zustand des Bindemittels einerseits und der Anteile in dem Mauerstein mit abgebundenem oder erhärtetem Bindemittel ist zu berücksichtigen, dass ein im Einzelfall variabler Rest des Bindemittels nicht abbindet, die Masse des Bindemittels bei dem Abbinden durch die chemische Reaktion generell zunimmt, typischerweise um 20% bis 25%, und die Zusatzmittel in der Regel im abgebundenen Mauerstein nur noch unwesentlich oder in deutlich geringerer Masse vorhanden sind, üblicherweise verdunstet sind. Es sind aufgrund dessen auch Abweichungen in den angegebenen Anteilen im Einzelfall möglich.
Die mit diesen Ausgangsmischungen und dem beschriebenen Verfahren hergestellten Mauersteine liegen in ihren Trockenrohdichten zwischen 400 kg/m³ und 2200 kg/m³ abhängig von dem Gewicht der eingesetzten Gesteinskörnungen und dem Bindemittelanteil und weisen in Abhängigkeit von ihrer Trockenrohdichte Druckfestigkeiten zwischen 2 N/mm² und 30 N/mm² sowie Wärmeleitfähigkeiten zwischen 0,09 und 1,4 W/(mK) auf.
Ferner besitzen die derart hergestellten Mauersteine eine haufwerksporige Struktur, das heißt die einzelnen Gesteins- oder Zuschlagskörner werden durch das Bindemittel so miteinander verklebt, dass zwischen ihnen Freiräume verbleiben, die sogenannten Haufwerksporen. Die Zusammensetzung der Mauersteine ist im Wesentlichen mineralisch und ihre Struktur offenporig und diffusionsoffen mit relativ rauer, griffiger Oberfläche.
Ausführungsbeispiel 1
Es werden folgende trockenen Bestandteile mit Wasser angemacht zum Herstellen der feuchten Ausgangsmischung:

• 80 Gew.% Kalkstein einer Körnung von maximal 8 mm als Gesteinskörnung oder Zuschlagskörnung,
• 10 Gew.% Luftkalk und 10 Gew.% hydraulischer Kalk als Bindemittel.

Es entsteht durch den Herstellprozess gemäß der Erfindung mit diesen Ausgangsstoffen ein Mauerstein, der durch das Löschen des Kalkes mit dem Wasser zu gelöschtem Kalk und die anschließende Aushärtereaktion zu erhärtetem Kalk (CaCO₃) und durch die Verwendung von Naturkalkstein als Gesteinskörnung praktisch zu über 95% aus Kalkstein besteht und damit als ökologisch einzustufen ist. Die Trockenrohdichte liegt bei etwa 1800 kg/m³, die Druckfestigkeit bei 10 N/mm² und die Wärmeleitfähigkeit bei 0,60 W/(mK).
Ausführungsbeispiel 2
Es werden als Trockenbestandteile für die feuchte Ausgangsmischung mit Wasser

• 40 Gew.% Splitt und Sand aus gebrochenem Kalkstein mit einer Körnung von bis zu maximal 16 mm und einer
• 20 Gew.% Blähton als Leichtzuschlag mit einer Körnung bis zu 16 mm
• 40 Gew.% Bindemittel als Mischung aus Luftkalk und Zement, wobei der Anteil des Luftkalks im Bindemittel 75 Gew.% beträgt und der Anteil des Zementes 25 Gew.%.

Der damit hergestellte Mauerstein hat eine Trockenrohdichte von ca. 1400 kg/m³, eine Druckfestigkeit von 12 N/mm² und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,40 W/(mK).
Ausführungsbeispiel 3
Es wird eine Ausgangsmischung aus Wasser und den folgenden Trockenbestandteilen hergestellt:

• 68 Gew.% Naturkies und -sand, der zu über 90% aus Quarz (SiO₂) bestand, mit einer Körnung von maximal 12 mm
• 10 Gew.% leichte Gesteinskörnung aus Bimsstein mit einer Körnung von maximal 8 mm
• 20 Gew.% Bindemittel aus hydraulischem Kalk und Zement in einem gravimetrischen Mischungsverhältnis 3:1 (75:25)
• 2 Gew.% Luftporenbildner und Fließmittel als chemische Zusatzmittel

Der damit hergestellte Mauerstein besitzt eine Trockenrohdichte von 1600 kg/m³, eine Druckfestigkeit von 25 N/mm² und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,60 W/(mK).
Ausführungsbeispiel 4
Die Ausgangsmischung umfasst in der Trockenmasse

• 20 Gew.% Kalkstein einer Körnung von maximal 10 mm,
• 40 Gew.% Blähschiefer als leichte Gesteinskörnung mit einer Körnung von maximal 10 mm
• 38 Gew.% hydraulischen Kalk als Bindemittel
• 2% chemische Zusatzmittel

Der damit hergestellte Mauerstein besitzt eine Trockenrohdichte von 1200 kg/m³, eine Druckfestigkeit von 12 N/mm² und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,35 W/(mK).
Ausführungsbeispiel 5
Die Ausgangsmischung umfasst als Trockenbestandteile

• 78,5 Gew.% Kalkstein als Schwerzuschlag in einer Körnung bis maximal 16 mm,
• 17 Gew.%. Luftkalk und 3 Gew.% Zement als Bindemittel
• 1,5 Gew.% Verflüssiger als Zusatzmittel

Der damit hergestellte Mauerstein besitzt eine Trockenrohdichte von 1800 kg/m³, eine Druckfestigkeit von 16 N/mm² und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,60 W/(mK).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Scholz/Wiese – „Baustoffkenntnis", 15. Auflage, 2003, Werner-Verlag, Seite 1 bis Seite 99 [0003]
- Scholz/Wiese – „Baustoffkenntnis", Seiten 179 bis 189, Seiten 247 bis 269 und Seiten 337 bis 342 [0006]
- Scholz/Wiese – „Baustoffkenntnis", s. o., Seiten 92 bis 98, 209, 338 bis 339 [0009]
- Scholz/Wiese – „Baustoffkenntnis", s. o., Seiten 166 bis 173 [0010]

Claims

Mauerstein a) mit einer zumindest überwiegend haufwerksporigen Struktur aus über Bindemittel miteinander verbundenen Zuschlagskörnern, b) wobei die Zuschlagskörner eine Körngröße von maximal 16 mm aufweisen, c) wobei wenigstens ein Teil der Zuschlagskörner Schwerzuschlagskörner aus Kalkstein und/oder aus Natursand- und/oder kies, der überwiegend aus Quarz besteht, sind, d) und wobei das Bindemittel 25 Mass.% bis 100 Mass.% bezogen auf die Gesamtmasse des Bindemittels erhärteten Kalk, insbesondere erhärteten Luftkalk und/oder erhärteten hydraulischen Kalk, enthält.
Mauerstein nach Anspruch 1, bei dem die Gesamtheit der Zuschlagskörner im Mauerstein einen Massenanteil an der Trockenmasse des Mauersteins von 50 Mass.% bis 90 Mass.% hat und das Bindemittel einen Massenanteil an der Trockenmasse des Mauersteins von 10 Mass.% bis 50 Mass.% aufweist.
Mauerstein nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Bindemittel einen Anteil an hydraulischem Kalk enthält, der wenigstens so hoch wie der Anteil des Luftkalkes ist und vorzugsweise wenigstens das 1,5-Fache des Anteils des Luftkalkes beträgt.
Mauerstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Bindemittel neben erhärtetem Kalk auch erhärteten Zement enthält.
Mauerstein nach Anspruch 4, bei dem der Massenanteil des Zements von 0 Mass.% bis 75 Mass.%, vorzugsweise 25 Mass.% bis 50 Mass.%, der Gesamtmasse des im trockenen Mauerstein enthaltenen Bindemittels beträgt.
Mauerstein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Teil der Zuschlagskörner Leichtzuschlagskörner sind.
Mauerstein nach Anspruch 6, bei dem Leichtzuschlagskörner aus wenigstens einem Material oder mehreren Materialien der Blähton, Blähschiefer, Blähglas, Bimsstein, Lava, Kesselsand umfassenden Gruppe von Materialien vorgesehen sind.
Mauerstein nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem der Massenanteil der Leichtzuschlagskörner an der Gesamtmasse der Zuschlagskörner im trockenen Mauerstein 10 Mass.% bis 75 Mass.% beträgt.
Mauerstein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schwerzuschlagskörner und/oder die Leichtzuschlagskörner eine Körngröße von maximal 8 mm aufweisen,
Mauerstein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens 95 Prozent, vorzugsweise wenigstens 98 Prozent, des Steinvolumens eine im Wesentlichen haufwerksporige Struktur aufweist.
Mauerstein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine diffusionsoffene Struktur aufweist.
Mauerstein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Trockenrohdichte zwischen 400 kg/m³ und 2200 kg/m³ und/oder eine Druckfestigkeit zwischen 2 N/mm² und 30 N/mm² und/oder eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 0,09 W/(mK) und 1,4 W/(mK) aufweist.
Verfahren zum Herstellen von Mauersteinen, insbesondere von Mauersteinen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Ausgangsmischung aus Zuschlagskörnung, Bindemittel und gegebenenfalls weiterer Zusatzstoffe mit Wasser, b) wobei die Zuschlagskörnung wenigstens teilweise eine Schwerzuschlagskörnung aus Kalkstein und/oder Natursand und/oder -kies, der überwiegend aus Quarz besteht, enthält und eine maximale Korngröße von 16 mm aufweist c) und wobei das Bindemittel 25 Mass.% bis 100 Mass.% Kalk, insbesondere Luftkalk und/oder hydraulischen Kalk, bezogen auf die Gesamttrockenmasse des Bindemittels, enthält, d) Herstellen von Steinformlingen aus der Ausgangsmischung, e) Trocknen der Steinformlinge, wobei das Bindemittel aushärtet und die Zuschlagskörner miteinander fest verbindet und wobei aus dem Kalk des Bindemittels im Wesentlichen erhärteter Kalk entsteht, f) Bereitstellen oder Verwendung der getrockneten und ausgehärteten Steinformlinge als Mauersteine.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Zuschlagskörnung einen Massenanteil an der Trockenmasse der Ausgangsmischung, das heißt ohne Wasser, von 60 Mass.% bis 92 Mass.% hat und das Bindemittel einen Massenanteil an der Trockenmasse der Ausgangsmischung von 8 Mass.% bis 40 Mass.% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei dem die Ausgangsmischung bis 2 Mass.% bezogen auf die Gesamttrockenmasse der Ausgangsmischung chemische Zusatzmittel zur Verbesserung der Verarbeitung und/oder Eigenschaften der Ausgangsmischung oder des daraus hergestellten Mauersteins, insbesondere Schaum- oder Luftporenbildner, Verflüssiger, aufweist, wobei die Massenanteile oder der Massenanteil der Zuschlagskörnung und/oder des Bindemittels entsprechend verringert sind oder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Bindemittel neben Kalk auch Zement enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Massenanteil des Zements von 0 Mass.% bis 75 Mass.%, vorzugsweise 25 Mass.% bis 50 Mass.%, der Gesamttrockenmasse des Bindemittels in der Ausgangsmischung beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem die Zuschlagskörnung eine Leichtzuschlagskörnung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Leichtzuschlagskörnung wenigstens ein Material oder mehrere Materialien der Blähton, Blähschiefer, Blähglas, Bimsstein, Lava, Kesselsand umfassenden Gruppe von Materialien enthält.
Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, bei dem der Massenanteil der Leichtzuschlagskörnung an der Gesamttrockenmasse der Zuschlagskörnung in der Ausgangsmischung 10 Mass.% bis 75 Mass.% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Schwerzuschlagskörnung und/oder die Leichtzuschlagskörnung eine Körngröße von maximal 8 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem das Herstellen von Steinformlingen aus der Ausgangsmischung durch Pressen in einem Steinformwerkzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, bei dem das Trocknen der Steinformlinge bei einer relativen Feuchte von 50% bis 100% bei Temperaturen von 10°C bis 45°C erfolgt.
Verwendung eines Mauersteins nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder eines nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23 hergestellten Mauersteins für ein Mauerwerk im Innenbereich, Au ßenbereich oder Kellerbereich eines Gebäudes, insbesondere eines Wohnhauses.