DE19826251B4

DE19826251B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kalksandsteinformkörpers und danach hergestellter Kalksandsteinformkörper

Info

Publication number: DE19826251B4
Application number: DE19826251A
Authority: DE
Inventors: Norbert Peschen; Peter Schmidt
Original assignee: RHEINKALK HOLDING GmbH
Current assignee: RHEINKALK HOLDING GMBH, 42489 WUELFRATH, DE
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: DE19826251A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kalksandsteinformkörpers durch
– Erstellen von 100 Teilen einer Gesamtausgangsmischung durch Kontaktieren einer Mischung aus
5 bis 12 Teilen Luftkalk oder Baukalk mit einem CaO-Anteil von wenigstens 70 Gew.%
und 58 bis 91 Teilen nicht-amorphem Siliciumdioxid in Form von Sand mit einem SiO₂-Anteil von mehr als 50 Gew.%, der eine Korngröße von 0,06 bis 8 mm, bestimmt mit Prüfsieben nach DIN 4188, aufweist,
mit 3 bis 10 Teilen Wasser,
– Pressen der Gesamtausgangsmischung zu Rohlingen
– und abschließender Autoklavhärtung in an sich bekannter Weise,
– wobei während und/oder nach der Kontaktierung 1 bis 20 Teile, bezogen auf 100 Teile der Gesamtausgangsmischung, wenigstens ein, ein amorphes Siliciumdioxid enthaltenen Mittels zugefügt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kalksandsteinformkörpers, der durch die Hinzuführung eines speziellen Mittels verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist, sowie einen Kalksandsteinformkörper, der durch dieses Verfahren hergestellt werden kann.
Es ist bereits bekannt, Kalksandsteinformkörper aus Luftkalk und Quarzsand zunächst erdfeucht gepresst (Verhältnis Luftkalk oder Baukalk zu Sand zu Wasser gleich 1 zu 13 zu 0,7) und anschließend in einem Härtekessel (Autoklaven) bei 1,2 bis 1,6 MPa und rund 200°C zu härten, wobei der Kalk mit dem Siliciumdioxid des Quarzsandes reagiert. Wesentlich für die Herstellung eines derartigen Kalksandsteinformkörpers ist stets, dass als Ausgangsstoff ein nicht amorphes, vorzugsweise kristallines, Siliciumdioxid in Form eines entsprechenden Sandes eingesetzt wird. Die DE 28 32 125 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von feuerbeständigen Leichtbauplatten auf der Grundlage von faserverstärkten Calciumsilikatmassen durch Umsetzen von amorphem und kristallinem Siliciumdioxid bzw. diese Verbindungen enthaltenden Materialien, wobei das Mol-Verhältnis von CaO zu SiO₂ 0,8 : 1 bis 1,1 : 1 beträgt. Zusätze sind toxikologisch unbedenkliche Faserstoffe, Wasser sowie ein synthetisch hergestelltes Calciumsilikatgranulat oder -pulver mit einem Mol-Verhältnis von CaO zu SiO₂ von ebenfalls 0,8 : 1 bis 1,1 : 1. Die DE 23 18 135 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kalksandsteinen über Druckverformung eines Kieselsäure und Calciumoxid enthaltenden Gemischs in Gegenwart von Wasser, wobei ein Teil der Kieselsäure durch bei der elektrothermischen Verarbeitung von siliciumhaltigen Stoffen anfallenden Ofenabgasstaub ersetzt wird. Dieser Staub enthält hauptsächlich Kieselsäure.
Neben seiner kristallinen Modifikation als Quarz kann Siliciumdioxid natürlich oder synthetisch auch in seiner amorphen Form vorliegen. Derartige amorphe Produkte werden, soweit sie synthetisch erzeugt werden, in ihrer wasserhaltigen Form, in Form von gefällter oder pyrogener Kieselsäure als Füllstoff, insbesondere zur Verstärkung von Polymeren, als Fließhilfsmittel für Feststoffe oder als Zusatzstoffe in bituminösen Walz- oder Gussasphalt zur Erhöhung der Formstabilität eingesetzt. Natürlich erhaltene amorphe Siliciumdioxide, wie beispielsweise Kieselgur, werden gegebenenfalls nach dem entsprechenden Aktivieren als Filterhilfsmittel, beispielsweise in der Getränkeindustrie, als Füllstoff für Gummi und Kunststoffprodukte, Klebstoffe, Vergussmassen und allgemein bei bituminösen Bindemitteln eingesetzt. Weiter kann besonders feines, aktiviertes Kieselgur in der Lackindustrie benutzt werden. Weiterhin findet Kieselgur als Trägerstoff für Katalysatoren Anwendung, wie auch zum Ausfüllen von Acetylengasflaschen, für Gasreinigungsmassen und als Verpackungsmaterial zur Transportsicherung gefährlicher Flüssigkeiten.
Es wurde überraschend gefunden, dass durch den Zusatz eines bestimmten Anteils, wenigstens eines, ein amorphes Siliciumdioxid enthaltenden Mittels, die mechanischen Eigenschaften von Kalksandsteinformkörpern, insbesondere aber die Grünstandsfestigkeit sowie die Druckfestigkeit, derartiger Formkörper bedeutend verbessert werden kann, als bei eben solchen Kalksandsteinformkörpern, die anstelle des amorphen Siliciumdioxids nur einen entsprechenden Anteil kristallinen Siliciumdioxids enthalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kalksandsteinformkörper mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, insbesondere aber einer verbesserten Grünstandsfestigkeit und Druckfestigkeit, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst, durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kalksandsteinformkörpers durch

– Erstellen von 100 Teilen einer Gesamtausgangsmischung durch Kontaktieren einer Mischung aus 5 bis 12 Teilen Luftkalk oder Baukalk mit einem CaO-Anteil von wenigstens 70 Gew.% und 58 bis 91 Teilen nicht-amorphem Siliciumdioxid in Form von Sand mit einem SiO₂-Anteil von mehr als 50 Gew.%, der eine Korngröße von 0,06 bis 8 mm, bestimmt mit Prüfsieben nach DIN 4188, aufweist, mit 3 bis 10 Teilen Wasser,
– Pressen der Gesamtausgangsmischung zu Rohlingen
– und abschließender Autoklavhärtung in an sich bekannt
– wobei während und/oder nach der Kontaktierung 1 bis 20 Teile, bezogen auf 100 Teile der Gesamtausgangsmischung, wenigstens ein, ein amorphes Siliciumdioxid enthaltenen Mittels zugefügt wird.

Eine Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Kontaktierung von 5 bis 12 Teilen, vorzugsweise 6 bis 10 Teilen, Calciumoxid, wobei das Calciumoxid ein Luftkalk oder Baukalk mit einem CaO-Anteil von wenigstens 70 Gew.% ist, 58 bis 91 Teilen, vorzugsweise 80 bis 89 Teilen, nicht-amorphem Siliciumdioxid, wobei das nicht-amorphe Siliciumdioxid ein Sand mit einem SiO₂-Anteil von mehr als 50 Gew.% ist, der eine Korngröße von 0,06 bis 8 mm, bestimmt mit Prüfsieben nach DIN 4188 aufweist, mit 3 bis 10 Teilen, vorzugsweise 4 bis 7 Teilen, Wasser, jeweils bezogen auf 100 Teile der Gesamtausgangsmischung, ggf. Zwischenlagerung, ggf. Nachmischung, Pressung zu Rohlingen und abschließende Autoklavhärtung in an sich bekannter Weise, der dadurch gekennzeichnet ist, dass während und/oder nach der Kontaktierung 1 bis 20 Teile, vorzugsweise 1 bis 10 Teile, bezogen auf 100 Teile der Gesamtausgangsmischung, wenigstens eines, ein amorphes Siliciumdioxid enthaltenden Mittels, zugefügt wird.
Das ein amorphes Siliciumdioxid enthaltende Mittel kann ein synthetisches oder natürliches amorphes Siliciumdioxid sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das amorphe Siliciumdioxid ein Kieselgestein, welches ausgewählt ist aus Kieselgur, Radiolarienschlamm, Diatomeenschlamm, Kieselsinter, Polierschiefer, Moler Erde, Tripel, Hornstein, Diatomit, Feuerstein, Kieselglas, Opal oder Kieselsol, Kieselgel, gefällte oder pyrogene Kieselsäure. Bezüglich näherer Eigenschaften verweisen wir auf Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Bd. 21, Weinheim 1982, Seite 454 bis 472.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem natürlichen amorphen Siliciumdioxid um ein gegebenenfalls aktiviertes Kieselgur, welches vorzugsweise bereits als Filterhilfsstoff in der Getränkeindustrie, insbesondere aber der Brauereiindustrie eingesetzt worden ist. Bezüglich näherer Eigenschaften eines derartigen Kieselgurs verweisen wir auf das vorgenannte Zitat aus Ullmann, hier Seite 452 bis 456.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem eingesetzten Calciumoxid um einen Luftkalk oder Baukalk mit einem CaO-Anteil von wenigstens 70 Gew.%, der ausgewählt ist aus Weißfeinkalk, Dolomitkalk oder Wasserfeinkalk. Nach DIN EN 459-1 sind Luftkalke ungelöschte Kalke oder Kalkhydrate, die vorwiegend aus Calciumoxid oder Calciumhydroxid bestehen und unter Einwirkung von atmosphärischem Kohlendioxid an der Luft langsam erhärten. Baukalke sind im Bauwesen verwendete Kalke wie beispielsweise Weißkalk, Dolomitkalk oder Wasserkalk. Weißkalke weisen einen Gehalt an CaO + MgO von mindestens 70 Gew.%, an MgO von höchstens 5 Gew.%, an CO₂ von höchstens 12 Gew.% und an SO₃ von höchstens 2 Gew.% auf. Dolomitkalke weisen einen Gehalt an CaO + MgO von mindestens 80 Gew.%, an MgO von mindestens 5 Gew.%, an CO₂ von höchstens 7 Gew.%, und an SO₃ von höchstens 2 Gew.% auf. Wasserkalke weisen einen Gehalt an freiem Kalk von mindestens 3 Gew.% und an SO₃ von höchstens 3 Gew.% auf.
Zwecks näherer Eigenschaften dieses anorganischen Bindemittels verweisen wir auf Scholz, Baustoffkenntnis, 13. Aufl., Düsseldorf, 1995, Seite 153 bis 157/DIN 1060-1 (Ausgabe 1995).
Bei dem nicht-amorphen Siliciumdioxid handelt es sich um einen Sand mit einem SiO₂-Anteil von mehr als 50 Gew.%, der eine Korngröße von 0,06 bis 8 mm, vorzugsweise von 0,06 mm bis 3 mm, bestimmt mit Prüfsieben nach DIN 4188 hat. Sande mit einer stetigen Körnungslinie (ausgewogene Anteile an Fein-, Mittel- und Grobfraktionen) wirken sich erfindungsgemäß positiv auf die Eigenschaften (Grünstands- und Druckfestigkeiten, Rohdichten und Kantenschärfen) von Kalksandstein aus.
Geringe Anteile an Schluff und Kies können sich zudem positiv auswirken. Nach Attenberg werden die Kornfraktionen wie folgt bezeichnet:

Schluff 0,002 - 0,063 mm

Feinsand 0,063 - 0,2 mm

Mittelsand 0,2 - 0,63 mm

Grobsand 0,63 - 0,2 mm

Feinkies 0,2 - 6,3 mm
Der Einsatz von feinteiliger amorpher Kieselsäure ist besonders vorteilhaft, wenn Grobsande oder einkörnige Mittelsande vorliegen.
Bezüglich näherer Einzelheiten zu diesen nicht-amorphen Siliciumdioxiden verweisen wir auf die vorgenannte Quelle in Ullmann, hier Seite 440 bis 449.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Autoklavhärtung zu den erfindungsgemäßen Formkörpern unter einem Sattdampfdruck bei 1,2 MPa bis 1,6 MPa, vorzugsweise 1,4 MPa bis 1,6 MPa bei Temperaturen zwischen 185°C bis 205°C, vorzugsweise 195°C bis 205°C.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die erfindungsgemäß hergestellten Kalksandsteinformkörper eine Druckfestigkeit nach DIN 106 von mehr als 15 N/mm², vorzugsweise 15 bis 75 N/mm² und besonders bevorzugterweise von mehr als 25 N/mm² und bis zu 75 N/mm² auf.
Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Kontaktierung von 5 bis 12 Teilen, vorzugsweise 6 bis 10 Teilen, besonders bevorzugter Weise 7 bis 10 Teilen, Luftkalk oder Baukalk mit einem CaO-Anteil von wenigstens 70 Gew.%, 58 bis 91 Teilen, vorzugsweise 80 bis 89 Teilen, eines Sandes mit einem SiO₂-Anteil von wenigstens 50 Gew.%, der eine Korngröße von 0,06 bis 8 mm, bestimmt mit Prüfsieben nach DIN 4188, aufweist und 1 bis 20 Teilen, vorzugsweise 1 bis 10 Teilen, eines Kieselgurs, enthaltend amorphes SiO₂: 70 bis 92 Gew.%, Al₂O₃: 2 bis 10 Gew.%, Fe₂O₃: 0,5 bis 5 Gew.% Alkalioxide: 2 bis 5 Gew.%, Erdalkalioxide: 1 bis 3 Gew.%, H₂O: 2 bis 5 % oder eines Kieselgurs aus der Brauereiindustrie, das neben der zuvor genannten Zusammensetzung noch 5 bis 15 Gew.% organische Rückstände beinhaltet und mit einem Wassergehalt von 10 bis 80 Gew.% anfällt, mit 3 bis 10 Teilen, vorzugsweise 4 bis 7 Teilen, Wasser, jeweils bezogen auf 100 Teile der Gesamtausgangsmischung, ggf. Zwischenlagerung, ggf. Nachmischung, Pressung zu Rohlingen, und abschließende Autoklavhärtung in an sich bekannter Weise.
Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Kontaktierung von 5 bis 12 Teilen Calciumoxid, vorzugsweise 6 bis 10 Teilen Calciumoxid, besonders bevorzugt 7 bis 10 Teilen Calciumoxid, 58 bis 91 Teilen, vorzugsweise 80 bis 89 Teilen, besonders bevorzugt 80 bis 85 Teilen, nicht-amorphem Siliciumdioxid mit 3 bis 10 Teilen, vorzugsweise 4 bis 7 Teilen, Wasser, jeweils bezogen auf 100 Teile der Gesamtausgangsmischung, gegebenenfalls Zwischenlagerung, gegebenenfalls Nachmischung, Pressung zu Rohlingen und abschließende Autoklavhärtung in an sich bekannter Weise, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während und/oder nach der Kontaktierung 1 bis 20 Teile, vorzugsweise 1 bis 10 Teile, bezogen auf 100 Teile der Gesamtausgangsmischung, wenigstens eines, ein amorphes Siliciumdioxid enthaltenden Mittels zugefügt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Pressungsschritt zu Rohlingen bei einem Druck von 10 bis 40 N/mm², vorzugsweise 20 bis 30 N/mm².
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Kalksandsteinformkörper, der durch das oben beschriebene Verfahren erhalten werden kann.
Zur Herstellung von Kalksandsteinformkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Vormischung eingesetzt werden enthaltend 10 bis 90 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.% eines Calciumoxids in Form eines Luft- oder Baukalks mit einem CaO-Anteil von wenigstens 70 Gew.%, sowie 10 bis 90 Gew.%, vorzugsweise aber 50 bis 80 Gew.%., eines natürlichen amorphen Siliciumdioxids in Form eines Sandes mit einem SiO₂-Anteil von mehr als 50 Gew.% der eine Korngröße von 0,06 bis 8 mm, bestimmt mit Prüfsieben nach DIN 4188, aufweist, beispielsweise Kieselgur.
Die erfindungsgemäß hergestellten Kalksandsteinformkörper eignen sich schließlich zur Erstellung von Außen- oder Innenwänden bzw. zur Verwendung als Mauerstein in Form von Vollsteinen, Lochsteinen, Blocksteinen, Hohlblocksteinen, Bauplatten, Hintermauersteinen, Vormauersteinen sowie Verblendern. Beispiele für derartige Steine und Bemaßungen findet man bei Scholz, aaO, auf Seiten 72 bis 78 bzw. DIN 106 Teil 1 und 2.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert: Hierbei betreffen die Teile jeweils Gewichtsteile.
Herstellungsbeispiel 1:
Hierbei wurde aus 7,5 Teilen eines Luftkalks mit einem CaO-Anteil von wenigstens 90 Gew.%, 80 Teilen eines Sandes mit einem SiO₂-Anteil von mehr als 90 Gew.% und einer Korngröße von 0,01 mm bis 8 mm sowie 5 Teilen eines Kieselgurs aus der Brauereiindustrie (amorphes SiO₂: 80 Gew.%; Al₂O₃: 3,5 Gew.%, Fe₂O₃: 1 Gew.% Alkalioxide: 2 Gew.%, Erdalkalioxide: 1 Gew.% getrocknet, Rest: organische Rückstände 12,5 Gew.%) mit 7,5 Teilen Wasser während einer Zeit von 120 Minuten umgesetzt. Diese Gesamtausgangsmischung wurde daraufhin zu Rohlingen mit einer typischen Bemaßung von 40 × 40 × 160 mm durch Pressung bei etwa 30 N/mm² umgesetzt und abschließend einer Autoklavbehandlung unter Sattdampfdruck bei etwa 1,6 MPa bei einer Temperatur von etwa 203°C für eine Zeit von 240 Minuten ausgesetzt.
Der erhaltene Kalksandsteinformkörper wurde dann in Bezug auf seine Druckfestigkeit nach DIN EN 196 und in Bezug auf seine Biegezugfestigkeit nach DIN EN 196 untersucht, wobei folgende Ergebnisse erhalten wurden:
Biegezugfestigkeit:

6,3 N/mm²

Druckfestigkeit:

31,4 N/mm²

Herstellungsbeispiel 2:
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei anstelle des vorgenannten Sandes ein Sand von 0 bis 1 mm eingesetzt worden ist. Der so erzeugte Kalksandstein wies folgende Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit auf:
Druckfestigkeit:

28,5 N/mm²

Biegezugfestigkeit:

5,5 N/mm²

Vergleichsbeispiel 1:
Herstellungsbeispiel 1 wurde wiederholt, wobei allerdings anstelle des erfindungsgemäß eingesetzten Kieselgurs eine entsprechend größere Menge Sand, das heißt 85 Teile, eingesetzt worden sind.
Der so erzeugte Kalksandstein wies eine Druckfestigkeit von 29,2 N/mm² und Biegezugfestigkeit von 5,8 N/mm² auf.
Vergleichsbeispiel 2:
Herstellungsbeispiel 2 wurde wiederholt, wobei allerdings anstelle des erfindungsgemäß eingesetzten Kieselgurs nur die entsprechend größere Menge des Sands gemäß Beispiel 2 eingesetzt worden ist.
Der so erhaltene Kalksandstein wies eine Druckfestigkeit von 24,2 N/mm² und Biegezugfestigkeit von 5,0 N/mm² auf.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kalksandsteinformkörpers durch – Erstellen von 100 Teilen einer Gesamtausgangsmischung durch Kontaktieren einer Mischung aus 5 bis 12 Teilen Luftkalk oder Baukalk mit einem CaO-Anteil von wenigstens 70 Gew.% und 58 bis 91 Teilen nicht-amorphem Siliciumdioxid in Form von Sand mit einem SiO₂-Anteil von mehr als 50 Gew.%, der eine Korngröße von 0,06 bis 8 mm, bestimmt mit Prüfsieben nach DIN 4188, aufweist, mit 3 bis 10 Teilen Wasser, – Pressen der Gesamtausgangsmischung zu Rohlingen – und abschließender Autoklavhärtung in an sich bekannter Weise, – wobei während und/oder nach der Kontaktierung 1 bis 20 Teile, bezogen auf 100 Teile der Gesamtausgangsmischung, wenigstens ein, ein amorphes Siliciumdioxid enthaltenen Mittels zugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Autoklavhärtung unter Sattdampfdruck bei 1,2 MPa bis 1,6 MPa, bei Temperaturen zwischen 185°C bis 205°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als amorphes Siliciumdioxid Kieselgur, Radiolarienschlamm, Diatomeenschlamm, Kieselsinter, Polierschiefer, Moler Erde, Tripel, Hornstein, Diatomit, Feuerstein, Kieselglas, Opal, Kieselsol, Kieselgel, gefällte oder pyrogene Kieselsäure eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als natürliches amorphes Siliciumdioxid ein aktiviertes Kieselgur eingesetzt wird, das bereits als Filterhilfsstoff in der Getränkeindustrie eingesetzt worden war.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Luftkalk ein Weißfeinkalk, Dolomitkalk und/oder Wasserfeinkalk ausgewählt wird.
Kalksteinformkörper, erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Kalksteinformkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Druckfestigkeit nach DIN 106 von 15 N/mm² bis 75 N/mm² aufweist.