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Verfahren zur Herstellung eines keramischen Leichtbauwerkstoffes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen
Leichtbauwerkstoffes, bei dem keramische Rohstoffe mit ausbrennbaren Materialien
vermischt, danach zu Formkörpern verarbeitet und schließlich zu Bauelementen gebrannt
werden.
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Keramische Leichtbauwerkstoffe werden in der Bautechnik vor allem
wegen ihres relativ geringen Gewichtes und wegen ihrer vorteilhaften bauphysikalischen
Eigenschaften geschätzt. Sie zeigen nämlich u.a. eine hohe Schallabsorption und
eine gute Wärmedämmung; außerdem besitzt das Porensystem in einem solchen Leichtbauwerkstoff
einen günstigen Einfluß auf den Wetterschutz, auf das Feuchteverhalten und ganz
allgemein auf das Raumklima im Inneren eines aus derartigen Baustoffen hergestellten
Gebäudes.
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Ein altbekannter und bewährter keramischer Leichtbaustoff ist der
poröse Ziegel. Zur Herstellung solcher Ziegel ist es seit langem bekannt, in den
Ziegelrohstoff ausbrennbare Materialien einzumischen, so daß dann durch das Brennen
des Ziegels ein poröser, im Vergleich zu massiven Ziegeln relativ leichter Formkörper
entsteht. Als ausbrennbare Materialien wurden bisher Holz in Form von Sägespänen
und Sägemehl, Torf, Kohle und auch verschiedene Kunststoffe, z.B. Styropor verwendet.
Besonders die mit Hilfe von Styropor hergestellten keramischen Leichtbauwerkstoffe
haben bereits interessante Anwendungsgebiete gefunden.
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Dsweiteren ist es bereits bekannt, keramische Leichtbauwerkstoffe
durch sogenannte Kaltporosierung (vgl.: Dokumentation 3. Internationaler Mauerwerkskonferenz,
Essen 1973, Keramische Leichtbauwerkstoffe, M. Albenque), d.h. durch
Zugabe
von Schäumungsmittel, wie Teepol (Shell), Aphrosol (ICI), Schäumungsmitteln aus
der Gruppe der Tenside und anderen herzustellen; es entsteht dadurch sogenannter
Schaumton.
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Auch ist es möglich, durch geeignete brenntechnische Maßnahmen, wie
sie aus der Herstellungstechnik von Blähton, dem sogenannten Thermoschaumton, bekannt
sind, zu keramischen Leichtbauwerkstoffen zu gelangen. Häufig werden dabei auch
chemische Hilfsstoffe, z.B. Gasbildner, der Ziegelmasse zugesetzt, um eine ausreichende
Blähwirkung während der keramischen Verfestigung des Materials im sogenannten Blähbereich
sicherzustellen.
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Selbst geringe Zusätze von ausbrennbaren Materialien oder Schäumern
erhöhen jedoch bereits die Produktkosten beträchtlich, und zwar sowohl von der Material-
als auch von der Verfahrensseite her, weil zum einen die Materialien selbst recht
teuer sind und weil sie zum anderen kostspielige Maßnahmen (wie Rauchgaswäsche)
zur Reinhaltung der Umwelt bzw. zur Verringerung der Schadstoffemission erforderlich
machen, Außerdem wird bei Verwendung der herkömmlichen ausbrennbaren Materialien
die Korrosion der Brennanlagen stark erhöht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor beschriebenen
Nachteile zu beseitigen oder zumindest soweit
zu reduzieren, daß
der Gesamtaufwand für die Herstellung des keramischen Leichtbauwerkstoffes erheblich
vermindert wird. Außerdem war eine Verbesserung oder Optimierung der in der Bautechnik
gewünschten physikalischen Eigenschaften des Produktes erwünscht.
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Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe mit dem im beigefügten
Hauptanspruch beschriebenen Verfahren in überraschend einfacher Weise gelöst werden
kann, Das Besondere des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht also darin, daß als
ausbrennbares Material ein sprühgetrockneter Zellulose-Abfallstoff, z.B. ein Abfallstoff
der Zellstoffindustrie oder aufbereitetes, d,h, mit Wasser versetztes und dann sprühgetrocknetes,
Altpapier, Pulpe oder Zellulosebrei, verwendet wird; dieser Abfallstoff wird dann
allein oder zusammen mit herkömmlichen ausbrennbaren Materialien den keramischen
Rohstoffen in einem'Anteil von 5 bis 40 Vor.% - das ist die Gesamtmenge an ausbrennbarem
Material bezogen auf das Gemisch aus Rohstoffen und ausbrennbarem Materialien -
zugefügt. Die Masse wird danach in herkömmlicher Weise zu Formkörpern verarbeitet
und schließlich zu Bauelementen, d.h. Ziegel, Fassadenplatten oder dgl., gebrannt0
Die erfindungsgemäß verwendeten Abfallstoffe fallen in großen Mengen an. Sie ließen
sich bisher nicht verwerten, sondern mußten deponiert oder anderweitig mit hohen
Kosten beseitigt werden.
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Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
geht darauf zurück, daß die sprühgetrockneten Zellulose-Abfallstoffe in Form von
relativ gleichmäßigen Kügelchen vorliegen Die Verwendung solcher Partikel führt
zu einer vergleichsweise sehr gleichmäßigen Porosität in dem fertigen keramischen
Leichtbauwerkstoff. Dies wiederum. begünstigt die bereits genannten physikalischen
Eigenschaften, wie Schallabsorption, Wärmedämmung usw., was schließlich zur Verbesserung
des Raumklimas und zu energiesparenden Bautechniken beiträgt. Nach einer vorteilhaften
Ausführungsart der Erfindung werden sprühgetrocknete Zellulose-Abfallstoffe in Form
von Kügelchen in der Größenordnung zwische 50 und 500 /u bevorzugte Durch die verbesserte
Gleichmäßigkeit in der Porosität des erfindungsgemäß hergestellten Leichtbauwerkstoffes
wird auch die mechanische Festigkeit des Endproduktes erhöht. Für die Dekorfähigkeit
des Werkstoffes ist die gleichmäßige Porengröße ebenfalls günstig, was sich z.B.
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beim Aufbringen dünner Farbglasuren zeigt Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Porosität durch Zumischung
von pulverförmigen Treibmittel in den Zellulose-Abfallstoff noch gesteigert0 Die
Treibmittel können dabei organischer oder anorganischer Natur sein, z0B. übliche
N2-Abspalter,
Chlorkalk, Aluminiumpulver, Calciumcarbid und andere In einer noch weiteren Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich ausbrennbares, aus zerkleinerten
Abfall-Textilien hergestelltes Fasermaterial den keramischen Rohstoffen zugemischt,
wodurch sich eine richtungsorientierte, für manche Anwendungszwecke günstigere Porosität
erreichen läßt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also nicht nur eine erhebliche
Einsparung im Herstellungsaufwand - vor allem wegen der geringen Kosten fiir das
ausbrennbare Material und wegen der Umweltfreundlichkeit des Verfahrens - erreicht,
sondern auch gleichzeitig ein technisch fortschrittlicher Lechtbauwerkstoff erzeugt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
gehen aus der folgenden Darstellung anhand von speziellen Ausführungsbeispielen
der Erfindung hervor.
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Beispiel 1: Der schlammartige Abfall aus einer Fabrik der Zelluloseindustrie,
der bis ca. 35 % Feststoff-Anteile - vornehmlich Zellulose und andere organische
Substanzen - enthält, wird zunächst sprühgetrocknet. Die Viskosität des Schlammes
und die Verfahrensparameter für die Sprühtrocknung werden dabei
so
eingestellt, daß das getrocknete Gut in Form von rieselfähigem, kugelförmigem Granulat
der Korngröße 100 bis 150 /um vorliegt. Die Restfeuchte des Granulats ist kleiner
als 1,0 %. Diese Bedingungen sind bei Einhaltung folgender Verfahrensparameter zu
erzielen: Feststoff-Anteil 32 % Viskosität (gemessen mit dem Aus auf viskosimeter
nach Lehmann) 12 sec Eingangstemperatur im 350 -3800C Sprühturm 350 -380°C Sprühdüse
0,8 mm Druck 2,5 atü Ausgangstemperatur 120°-140°C Das kugelförmige Granulat wurde
in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung über eine im Ziegeleiwesen übliche Dosiereinrichtung
(Dosierfilter, Kastenbeschicker o.ä.) dem Ziegelrohstoff Lehm oder Ton in einem
Anteil von ca. 35 Vor.%' zugemischt, und die Masse anschließend mit Hilfe einer
Vakuumstrangpresse zu Ziegeln verpreßt. Je nach den gewählten Brennbedingungen wurden
bei Maximaltemperaturen zwischen 9000 und 10000C Körper mit Raumgewichten zwischen
1,4 kr und 1,65 kr erhalten.
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dm dm Beispiel 2: Ein sprühgetrockneter Zellulose-Abfallstoff wurde
als Porenbildner in einer Menge von 10 - 40 Vol.% in eine konventionelle
keramische
Masse zur Herstellung von Hintermauerziegeln, die aus Ziegellehm und Sand als Magerungsmittel
bestehen - Raumgewicht 1,8 - 2,0 kg/l -,eingeführt, Der Anteil an Porenbildner wurde
zur Erzielung von unterschiedlichen Gewichtserleichterungen, die unter Beibehaltung
der erforderlichen Normfestigkeit erzielt werden sollten, in den angegebenen Grenzen
variiert, Wichtig war dabei, daß die Porenbildner-Kügelchen eine bestimmte Teilchengröße,
vorzugsweise 50 - 100 /U, nicht überstiegen, damit die Stege zwischen den einzelnen
Löchern der Gittersteine nicht in ihrer statischen Festigkeit geschwächt wurden.
Würde nämlich z.B. die Stegdichte 5 mm und der Kugeldurchmesser des Ausbrennstoffes
3 mm annehmen, so verbliebe nur noch ein Rest an statischer Festigkeit. Bei der
dngestrebten Mikroporosität wurde der Querschnitt des Steges deshalb gleichmäßig
porosiert und damit eine bessere Verteilung der Statik erreicht, Die zu erzielende
Porengröße konnte, je nach Anwendungszweck des fertigen Baustoffes, eingestellt
werden.
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Die Zugabe des Porosierungsmittels erfolgte im Zwangsmischer; sehr
gut bewährte sich ein Doppelwellenmischer zum Homogenisieren der Masse. Die so aufbereitete
Masse wurde dann durch die Vakuumanlage dem entsprechenden Mundstück der Ziegelpresse
zugeführt.
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Der Einsatz eines Porenbildners der erfindungsgemäß vorgesehenen Art
ermöglichte die Anwendung von Vakuum ohne Einschränkung
seiner
Menge und Art Gleichzeitig wurde es möglich, kontinuierlich zu fertigen und Massenartikel
zu produzieren Die mit dem Porenbildner hergestellten Steinrohlinge wurden dann
im üblichen Produktionsgang (Trocknen und Brennen) weiterverarbeitet. Beim keramischen
Brand erfolgte der Ausbrennvorgang Ein zusätzlicher Energieaufwand war nicht erforderlicho
Die nach diesem Verfahren erzielte Gewichtserleichterung betrug 5 bis 40 %.
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Zweck der Herstellung solcher Leichtbauwerkstoffe ist es, entsprechend
der gültigen DIN-Norm ein Raumgewicht der Steine von 0,8 kg/l und darunter zu erreichen.
Dieser Wert ist erforderlich, um die geforderte Wårmedämmung x = 0,25 kcal/ moh¢°C
zu erhalten.
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Beispiel 3: Eine feuerfeste Masse, bestehend aus Schamotte verschiedener
Körnungen und einem feuerfesten Bindeton, wurde mit dem erfindungsgemäß verwendeten
Porenhildner gemischt und entsprechend der konventionellen Steinherstellung über
eine Strangpresse plastisch verformt oder in einer Trockenmischung zu Steinen verpreßt.
Die so geformten Steinrohlinge wurden in der üblichen Art und Weise getrocknet und
gebekannt, Auf diese Weise war es möglich, feuerfeste Leichtsteine jeder Qualität
und Größe mit einem beliebig einstellbaren Raumgewicht herzustellen.