DE19802294A1 - Verfahren zur Herstellung keramischer Baustoffe hoher Festigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer Baustoffe hoher Festigkeit sowie die unter Anwendung des Verfahrens hergestellten Baustoffe. Bevorzugte Anwendungsgebiete der plattigen Baustoffe sind im Hochbau die Dachbedeckung, die Wand- und Bodenbekleidung (innen und außen). In Form keramischer Rohre liegen die Anwendungsbereiche im Tiefbau in der Abwasser­ entsorgung. Für ausgewählte Einsatzgebiete kommt eine Anwendung der Erfindung im Bereich der kleinformatigen Wandbauelemente in Frage.

Um eine Erhöhung der Biegefestigkeit von Baustoffen insbesondere im Mauerwerk zu erreichen, wurden verschiedene Armierungen (i.d.R. aus rostfreiem Stahl) vorgeschlagen. So wird mit der DE-OS 34 06 173 ein Verfahren zur Herstellung eines armierten Mauerwerkes vorgeschlagen. Die DE OS 40 02 601 beschreibt ein vorgefertigtes Bauelement mit einem einer Armierung versehenen Kern. Diese Armierungen verursachen erhöhten Material- und Arbeitsaufwand auf der Baustelle und verlangen üblicherweise eine besondere Qualifikation des Verlegers.

Für die Anwendung im Betonmaterial, d. h. für die Herstellung von Erzeugnissen ohne weitere thermische Behandlung wurden in der DE-OS 43 15 270 zur Verstärkung Stahlfasern vorgeschlagen, welche eine Erhöhung der Druckfestigkeit bewirken sollen.

In einem weiteren Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Faserbeton/-mör­ tel wird in der DE OS 44 28 987 vorgeschlagen, Fasermaterial höherer Zugfestigkeit als die des Baustoffs einzusetzen und eine Vorspannung der Fasern zu realisieren und/oder die Fasern durch physikalische oder chemische Vorgänge gegen über dem Baustoff zu verkürzen.

Der Einsatz von Glasfasern in Betonelementen beschreibt das DE GM 94 20 217. Ein Einsatz von legierten nichtrostenden Stahlfasern in Feuerfestbauteilen be­ schreiben Lehnert u. a. im Zeitschriftenaufsatz: Neue Hütte, Band 37 (1992) Heft 1, Seite 1-6. Ähnliche Anwendungen werden u. a. in der DE-OS 30 26 570 vorgeschlagen.

Eine Anwendung der genannten Verstärkungsmaterialien in der Bau- und Grobkeramik ist bisher nicht erfolgt. Die in der Feuerfestindustrie verwendeten Materialien erhöhen die Kosten für die Herstellung der Produkte erheblich.

Für plattiges Material z. B. im Bereich der Dachbedeckungen setzt die Biegezug­ festigkeit Grenzen für die Vergrößerung der keramischen Einzeldachziegel. Die erforderliche Biegezugfestigkeit und Bruchlast setzt Mindestdicken der Einzelziegel voraus, welche sich im relativ hohen Gesamtgewicht der keramischen Dachbedeckung auswirken.

Für großformatige, dünnwandige Wandbekleidungen werden u. a. hohe An­ forderungen an Materialhomogenität und Biegezugfestigkeiten - auch im Hinblick auf Bruchsicherheit bei Transport und Verlegung - gestellt. Eine Mindestdicke mit ihren Konsequenzen muß deshalb notwendigerweise eingehalten werden.

Neben der hohen Druckfestigkeit ist für im Bodenbereich verlegtes, insbesondere hochbelastbares plattiges keramisches Material eine hohe Biegezugfestigkeit von Vorteil. Die letztgenannte Eigenschaft wird nach dem im Stand der Technik vorge­ schlagenen Lösungen nicht ausreichend berücksichtigt und soll dort durch hohe Druckfestigkeiten und entsprechende Plattenstärken kompensiert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung keramischer Baustoffe hoher Festigkeit und verfahrensgemäß hergestellte Baustoffe anzugeben. Mit der erfindungsgemäßen Lösung sollen die Nachteile des Standes der Technik, wie geringe Biegezugfestigkeit und relativ hohe Materialdicken bestimmter Baustoffe vermieden oder deutlich gemindert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der keramischen Masse (in der Regel Ton) faser- oder pulverförmige, anorganische Stoffe vorzugsweise mineralischen Ursprungs insbesondere Abfälle zugemischt werden und/oder faserförmige, anorganische Stoffe, vorzugsweise mineralischen Ursprungs insbesondere als Abfälle in konzentrierter Form flächig z. B. in Form von Faservliesen oder in einer Behautmasse in die Zugzone des Baustoffes (Bauelementes) auf- bzw. eingebracht werden.

Erfindungsgemäß werden 3-10% metallische, anorganische Stoffe, insbesondere Abfälle wie Stahlwolle/Stahlfasern sowie staubförmige Abfälle der keramischen Masse zugemischt, die Mischung einer Formgebung, die Formlinge einer Trocknung bei etwa 105°C und die Rohlinge einem keramischen Brand bei Temperaturen von 1000-1250°C unterworfen. Durch thermische Prozesse erfolgen chemische Reaktionen zwischen den Zuschlagstoffen und der keramischen Masse und damit eine Verkittung der Zuschlagstoffe mit der Tonsubstanz. Neben der Verbesserung der Scherbenhomogenität und der Erhöhung der Rohdichte des Baustoffes wurde überraschend gefunden, das die Biegefestigkeit bis zu 80% und die Druckfestigkeit bis zu 40% gesteigert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden der keramischen Masse 3-10% Abfälle aus der thermischen Gesteinsbearbeitung (z. B. Mineralwolle) zuge­ mischt und das Gemisch einer weiteren Bearbeitung wie vorstehend beschrieben unterworfen.

Neben der Erhöhung der Scherbenhomogenität wird eine Erhöhung der Biegefestigkeit bis zu 60% und der Druckfestigkeit bis zu 30% erzielt. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wurden 3-10 Masse-% Glas­ faservlies zerkleinert und der keramischen Masse zugemischt und dieser Masse­ versatz wie vorstehend beschrieben behandelt.

Neben der Erhöhung der Scherbenhomogenität wird eine Erhöhung der Biegefestigkeit bis zu 50% und der Druckfestigkeit bis zu 30% erzielt. In einer weiteren besonderen Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Behautmasse, bestehend aus bis zu 10 Masse-% zerkleinerten Glasfaservlies sowie Ton und Anmachwasser als plastische Behautmasse oder Schlicker hergestellt, und auf die Fläche des Formlings oder Rohlings aus dem gleichen Ton, welche die Zugzone bildet, aufgebracht.

Die Dicke der Behautung aus dem armierten Material wird zwischen 5 und 10% der Gesamtdicke des Produktes gestaltet.

Auch bei dieser besonderen Ausgestaltung werden die vorstehend beschriebenen positiven Effekte erreicht.

Die Erfindung soll nachstehend an 5 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

• 1. Einem kaolinitischen Ton wurden 5 Masse-% Stahlfasern (Faserlänge 4-5 mm, Faserdicke 0,5 mm) beigemischt. Die Masse wurde mittels einer Strangpresse zu Formlingen gepreßt. Diese Formlinge wurden einer Trocknung bei 105°C und anschließendem Brand bei 1200-1250°C unterzogen. Im Vergleich zu Produkten ohne Zumischung von Stahlwolle wurden folgende Eigenschaften nachgewiesen:
  • - Erhöhung der Biegefestigkeit um 80%
  • - Erhöhung der Druckfestigkeit um 40%
  • - Rohdichte: die nächst höhere Rohdichteklasse wird erreicht
  • - Verbesserung der Scherbenhomogenität.
• 2. Einem kaolinitischen Ton wurden 5% Stahlstaub zugegeben. Die Masse wurde einer Behandlung wie unter Beispiel 1 beschrieben unterzogen.
  Im Vergleich zu Produkten ohne Zumischung von Stahlstaub wurden folgende Eigenschaften nachgewiesen:
  • - Erhöhung der Biegezugfestigkeit um 20%
  • - Erhöhung der Druckfestigkeit um 15%
  • - Verbesserung der Scherbenhomogenität.
• 3. Einem kaolinitischen Ton werden 5 Masse-% zerkleinerte Mineralwolle zugemischt.
  Diese Masse wird einer Behandlung wie unter Beispiel 1 beschrieben unterworfen.
  Im Vergleich zu Produkten ohne Zumischung von Mineralwolle werden folgende Eigenschaften nachgewiesen:
  • - Erhöhung der Biegezugfestigkeit um 60%
  • - Erhöhung der Druckfestigkeit um 30%
  • - Verbesserung der Scherbenhomogenität.
• 4. Einem kaolinitischen Ton wurden 3 Masse-% zerkleinertes Glasfaservlies zugemischt. Beschaffenheit des Glasfaservlieses:
  Blättchenstruktur, Dicke < 0,2 mm, Flächenausdehnung maximal 5 × 5 mm Diese Masse wird einer Behandlung wie unter Beispiel 1 beschrieben, unterworfen.
  Im Vergleich zu Produkten ohne Zumischung von Glasfaservlies werden folgende Eigenschaften nachgewiesen.
  • - Erhöhung der Biegezugfestigkeit um 50%
  • - Erhöhung der Druckfestigkeit um 30%
• 5. Herstellung einer Behautmasse bestehend aus 10 Masse-% zerkleinertem Glasfaservlies wie unter 4. und kaolinitischem Ton sowie entsprechend not­ wendigen Anmachwasser.
  Die "armierte" Behautmasse wird dem Formling oder Rohling (aus dem gleichen kaolinitischen Ton) aufgegeben und bildet im Erzeugnis die Zugzone. Die Dicke der Zugzone beträgt 10% der Dicke des Erzeugnisses bzw. Probekörpers. Die Formlinge wurden einer Trocknung und dem Brand gemäß Beispiel 1 unter­ zogen. Ergebnisse:
  • - Erhöhung der Biegezugfestigkeit um 50%
  • - Erhöhung der Druckfestigkeit um 30%

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung keramischer Baustoffe hoher Festigkeit unter Zusatz von faser- oder pulverförmigen anorganischen Stoffen, vorzugsweise mineralischen Ursprungs, insbesondere als Abfälle, dadurch gekennzeichnet, daß einer keramischen Masse 3-10 Masse-% Metallstäube oder Faser oder Laserabfälle aus der Gesteins-, Metall- oder Glasbearbeitung homogen zugemischt werden und diese Mischung zu Baustoffen geformt, getrocknet und gebrannt wird.

2. Verfahren zur Herstellung keramischer Baustoffe mit hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Behautmasse aus 5-10 Masse-% zerkleinertem Glasfaservlies, Ton und Anmachwasser hergestellt wird, und diese Masse auf die Fläche des Formlings oder Rohlings aus dem gleichen Ton, welche die Zugzone bildet, aufgebracht wird, wobei die Dicke der Behautung 5-10% der Gesamtdicke des Produktes beträgt.

3. Nach den Patentansprüchen 1 oder 2 hergestellter Baustoff hoher Festigkeit dadurch gekennzeichnet, daß er als Dacheindeckungsmaterial mit geringer Scherbendicke und ggf. strukturierter Oberfläche gestaltet wird, so daß die Fläche des Einzelproduktes der Fläche mehrerer herkömmlicher keramischer Dachbedeckungsmaterialien entspricht.

4. Nach den Patentansprüchen 1 oder 2 hergestellte Baustoffe hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß er als Fußboden- oder Wandbekleidungselement mit geringer Scherbendicke gestaltet wird.