DE2543944B2

DE2543944B2 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Leichtbauwerkstoffes

Info

Publication number: DE2543944B2
Application number: DE19752543944
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ing.(Grad.) 6336 Eschborn Hoffmann; Beantragt Teilnichtnennung
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2543944C3; DE2543944A1

Description

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.

Keramische Leichtbauwerkstoffe werden in der Bautechnik vor allem wegen ihres geringen Gewichts 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.

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.

Des weiteren ist es bereits bekannt, keramische Leichtbauwerkstoffe durch sogenannte Kaltporosierung (vgl.: Dokumentation 3. Internationaler Mauerwerkskonferenz, Esssen 1973, Keramische Leichtbauwerkstoffe, M. A1 b e η q u e), d. h. durch Zugabe von Schäumungsmittel, wie Teepol (Shell), Aphrosol (ICI), Schäumungsmittel aus der Gruppe der Tenside und anderen herzustellen: es entsteht dadurch sogenannter Schaumton.

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.

Selbst geringe Zusätze aus brennbaren 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 Rauchgaiwäsche) 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.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor beschriebenen Nachteile zu beseitigen oder zumindest so weit 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.

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 Cellulose-Abfallstoff, z. B. ein Abfallstoff der Zellstoffindustrie oder aufbereitetes, d. h. mit Wasser versetztes und dann sprühgetrocknetes, Altpapier, Pulpe oder Cellulosebrei, verwendet wird; dieser Abfallstoff wird dann allein oder zusammen mit herkömmlichen ausbrennbaren Materialien den keramischen Rohsteffen in einem Anteil von 5 bis 40 Vol.-% — das ist die Gesamtmenge an ausbrennbarem Material bezogen auf das Gemisch aus Rohstoffen und ausbrennbaren Materialien — zugefügt. Die Masse wird danach in herkömmlicher Weise zu Formkörpern verarbeitet und schließlich zu Bauelementen, d. h. Ziegel, Fassadenplatten od. dgl., gebrannt.

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.

Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens geht darauf zurück, daß die sprühgetrockneten Cellulose-Abfallstoffe in Form von relativ gleichmäßigen Kügelchen vorliegen. Die Verwendung solcher Partikeln 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 Cellulose-Abfallstoffe in Form von Kügelchen in der Größenordnung zwischen 50 und 500 μ bevorzugt.

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 gleichmäüige Porengröße ebenfalls günstig, was sich z. B. beim Aufbringen dünner Farbglasuren zeigt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Porosität durch Zumischung von pulverförmigen Treibmitteln in den Cellulose-Abfallstoff noch gesteigert. Die Treibmittel können dabei organischer oder anorganischer Natur sein, z. B. 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.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also nicht nur eine erhebliche Einsparung im Herstellungsaufwand — vor allem wegen der geringen Kosten für das ausbrennbare Material und wegen der Umweltfreundlichkeit des Verfahrens — erreicht, sondern auch gleichzeitig ein technisch fortschrittlicher Leichtbauwerkstoff erzeugt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung anhand von speziellen Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor.

Beispiel
Der schlammartige Abfall

aus einer Fabrik der Celluloseindustrie, der bis ca. 35% Feststoff-Anteile — vornehmlich Cellulose 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 μΐη 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 Auslaufviskosimeter
nach Lehmann)	12 see
Eingangstemperatur im
Sprühturm	350-380⁰C
Sprühdüse, 0	0,8 mm
Druck	2,5 atü
Ausgangstemperatur	120°-140⁰C

Das kugelförmige Granulat wurde in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung über eine im Ziegeleiwesen übliche Dosiereinrichtung (Dosierfilter, Kastenbeschikker o. ä.) dem Ziegelrohstoff Lehm oder Ton in einem Anteil von ca. 34 Vol.-% zugemischt, und die Masse anschließend mit Hilfe einer Vakuumstrangpresse zu Ziegeln verpreßt. Je nach den gewählten Brennbedingungen wurden bei Maximaltemperaturen zwischen 900° und 1000°C Körper mit Raumgewichten zwischen

kp kp

1,4 -J₁^y und 1,65 ^y erhalten.

Beispiel 2

Ein sprühgetrockneter Cellulose-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/1 —, 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 μ, 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 angestrebten 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.

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.

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 erforderlich. Die nach diesem Verfahren erzielte Gewichtserleichterung betrug 5 bis 40%.

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 Wärmedämmung λ = 0,25 kcal/m · h · ⁰C zu erhalten.

Beispiel 3

Eine feuerfeste Masse, bestehend aus Schamotte verschiedener Körnungen und einem feuerfesten Bindeton, wurde mit dem erfindungsgemäß verwendeten Porenbildner 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 gebrannt. Auf diese Weise war es möglich, feuerfeste Leichtsteine jeder Qualität und Größe mit einem beliebig einstellbaren Raumgewicht herzustellen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen Leichtbauwerkstoffes, bei dem keramische Rohstoffe, mit ausbrennbaren Materialien, wie Cellulose, vermischt, danach zu Formkörpern verarbeitet und schließlich zu Bauelementen gebrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als ausbrennbares Material allein oder zusätzlich ein sprühgetrockneter Cellulose-Abfallstoff verwendet und den keramischen Rohstoffen in einem Anteil von 5 bis 40 VoL-⁰Zb, bezogen auf die Gesamtmenge, zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sprühgetrocknete Celulose-Abfallstoff im wesentlichen aus kugelförmigen Teilchen mit einem Durchmesser von 50 — 500 μ besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Cellulose-Abfallstoff pulverförmige Treibmittel zugesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Cellulose-Abfallstoff zusätzlich ein ausbrennbares, aus zerkleinerten Abfall-Textilien bestehendes Fasermaterial zugemischt wird.