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Hydrothermalgehärtete Lochsteine aus Kalk und
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kieselsäurehaltigen überwiegend amorphen Leichtzuschlägen
Die
Erfindung betrifft hydrothermalgehärtete Lochsteine aus Kalk und kieselsäurehaltigen,
überwiegend amorphen Leichtzuschlägen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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An Mauersteine werden, je nach ihrem Verwendungszweck, unterschiedliche
Forderungen gestellt. Man unterscheidet unter diesem Aspekt a) Mauersteine für Innenwände,
die primär möglichst hohe Druckfestigkeit und hohe Schalldämmung besitzen sollen
und b) Steine für Außenwände, die darüber hinaus ein hohes Maß an Wärmedämmfähigkeit
besitzen sollen.
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Mauer steine für Außenwände lassen sich wiederum in vier grosse Gruppen
aufteilen: a) Zementgebundene Hohlblocksteine unter Verwendung von leichten Zuschlagstoffen,
insbesondere Naturbims; b) Ziegelsteine mit möglichst niedriger Steinrohdichte,
c) Gasbetonsteine und d) Kalksandsteine mit zusätzlicher Wärmedämmung.
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Die im gesamten Mauerwerksbau (Außen- und Innenwände) sehr stark vertretenen
Kalksandsteine dominieren bei der Herstellung von Innenwänden und bei Kellerwänden,
wo die geringe Wärmedämmung dieses Baustoffs nicht nachteilig ist; dagegen wirken
sich die hohe Druckfestigkeit und das hohe Raumgewicht (Schalldämmung) in diesem
Anwendungsbereich vorteilhaft aus.
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Im Außenwandbereich kann der Kalksandstein in der Regel nur mit zusätzlichen
aufwendigen Maßnahmen verwendet werden, um eine den heutigen Ansprüchen gerecht
werdende Wärmedämmung zu erreichen. Dazu zählen u.a. mehrschichtig aufgebaute Wandkonstruktionen
mit zusätzlichen wärmeisolierenden Schichten. Bis vor wenigen Jahren wurde der Kalksandstein
auch im Außenwandbereich in großen Mengen
verwendet. Wegen des inzwischen
gestiegenen Energiebewußtseins und der damit verbundenen höheren Ansprüche an die
Wärmedämmung und Wärmeisolierung von Außenwandbauteilen ist die Verwendung von Kalksandsteinen
als Außenwand-Baustoff in letzter Zeit sehr stark zurückgegangen.
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Die nunmehr im Außenwandbereich dominierenden Mauersteinarten sind
vielfach entweder in bauphysikalischer, herstellungstechnischer oder volkswirtschaftlicher
Hinsicht unbefriedigend Die herkömmlichen, zementgebundenen Mauersteine aus leichten
Zuschlagstoffen werden zum Teil aus künstlichen Materialien, z.B. Blähton und zum
überwiegenden Teil aus natürlichen Materialien wie z.B. Bimskies hergestellt.
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Mauersteine dieser Art haben in der Regel nur eine Steindruckfestigkeit
von 2,5 bis 5,o N/mm2. Daraus resultiert eine sehr geringe zulässige Wanddruckspannung,
die in vielen Fällen nicht ausreicht, so daß beispielswesei bei Fensterpfeilern
auf meist artfremde Steine höherer Druckfestigkeit und geringerer Wärmedämmung zurückgegriffen
werden muss. Diese Lösung ist bauphysikalisch ungünstig.
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Ziegelsteine erfordern für ihre Herstellung einen sehr hohen Energieaufwand.
Hinzu kommt, daß normale Lochziegel kaum die Ansprüche hinsichtlich Wärmedämmung
erfüllen.
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Die Herstellung von porosierten Leichtziegeln erfordert zusätzlich
die Verwendung von teuren, ebenfalls energieaufwendigen Kunststoffen.
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Die Herstellung von Gasbeton-Blocksteinen ist nur unter erheblichem
Investitionsaufwand möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Baustoff zu entwickeln,
der ein Maximum an bauphysikalischen Eigenschaften mit einem Optimum an betriebs-
und volkswirtschaftlichen Herstellungsbedingungen erfüllt. Ein solcher
Baustoff
soll eine ausreichende Wärmedämmfähigkeit und eine genügende Steindruckfestigkeit
aufweisen. Weiterhin soll er unter Ausnutzung vorhandener maschineller Einrichtungen
problemlos hergestellt werden können.
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Gelöst wird die Aufgabe durch das Schaffen der erfindungsgemässen
hydrothermal gehärteten Lochsteine aus Kalk und kieselsäurehaltigen, überwiegend
amorphen Leichtzuschlägen.
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Die kieselsäurehaltigen überwiegend amorphen Leichtzuschläge sind
poröse amorphe Stoffe wie insbesondere Bims, Flugasche etc., die weitgehend frei
von kristallinen Anteilen sind und einen höheren Kieselsäure (SiO2)-Gehalt aufweisen.
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Die erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten Lochsteine aus amorphem
Bims bzw. Bims und Flugasche etc. und Kalk waren bisher nicht bekannt.
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Die erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten Lochsteine weisen eine
Druckfestigkeit von mindestens 2,5N/mm2 auf.
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Weiterhin haben sie eine geringe Steinrohdichte von o,8 kg/dm3 bei
einem Lochvolumenanteil von 35 bis 60 %, vorzugsweise 44 bis 50 % und insbesondere
46 bis 49 %.
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Steinrohdichte und Steindruckfestigkeit stehen sich in der Entwicklung
eines Mauersteins diametral gegenüber.
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In der Regel ergeben niedrige Steinrohdichten niedrige Steindruckfestigkeiten.
Hohe Steindruckfestigkeiten t setzen in der Regel wiederum hohe Steinrohdichten
mit entsprechend schlechten Wärmedämmwerten voraus. Die aus der Fachliteratur bekannten
Forschungsergebnisse von Versuchen, hohe Druckfestigkeiten und niedrige Steinrohdichten
miteinander zu kombinieren, haben diese ungünstige Abhängigkeit von Steinrohdichte
zu Druckfestigkeit
bestätigt. Im Jahre 1965 vom Bundesverband der
Kalksandstein-Industrie durchgeführte Untersuchungen über die Verwendung von Bims
für die Kalksandsteinherstellung haben zu sehr ungünstigen Ergebnissen geführt.
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Da bei diesen Versuchen mit steigendem Bimsanteil die Steinfestigkeit
kontinuierlich abgefallen ist, kam man zu dem Schluss, daß bei der Herstellung eines
sehr leichten Steines mit ausreichender Druckfestigkeit nicht auf die Verwendung
von Quarzmehl verzichtet werden kann.
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Die Zugabe von Quarzmehl beeinflusst wiederum ungünstig die wärmedämmenden
Eigenschaften des Steins.
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Erfindungsgemäss ist es gelungen, hydrothermal gehärtete Lochsteine
aus Kalk und amorphem Bims herzustellen, die eine hohe Steindruckfestigkeit bei
einer niedrigen Steinrohdichte aufweisen.
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Der Kalkgehalt der erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten Lochsteine
beträgt 5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht.
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Der Gehalt an amorphem Bims der erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten
Lochsteine beträgt 85 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 9o bis 92 Gew.-%, bezogen auf
das Trockengewicht.
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Die erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten Lochsteihaben eine
sehr geringe Wärmeleitzahl von o,23 bis o,4o W/m.K.
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Für die Wärmedämmung eines Lochsteins oder Hohlblocksteins ist auch
die Anordnung der Löcher, das sog.
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Lochbild, wichtig. Höhere Wärmedämmwerte werden erreicht, wenn die
Löcher in den Lochsteinen vorzugsweise einen länglich-ovalen Querschnitt aufweisen
und die Hohraumreihen versetzt zueinander angeordnet sind, so daß
auch
die Materialstege, die zwischen den einzelnen Hohlräumen jeder Hohlkammerreihe vorhanden
sind, von Reihe zu Reihe zueinander versetzt sind.
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Dies ist insofern günstig für die Wärmedämmung, als der Wärmefluss,
der sich in der Hauptsache durch die Materialstege hindurch von einer Wandseite
zur anderen bewegt, verlängert wird.
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Die erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten Lochsteine können außer
Kalk und amorphem Bims auch noch andere amorphe Zuschlagstoffe wie z.B.
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Steinkohlen-Flugasche enthalten.
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Durch Zumischung von Flugasche aus Kohlekraftwerken kann eine weitgehende
Verbilligung der Steinproduktion erreicht und eine umweltfreundliche Entsorgung
dieser Kraftwerke ermöglicht werden.
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Die erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten Lochsteine aus Kalk
und amorphem Bims bzw. Bims und Flugasche etc. können hergestellt werden, indem
man eine Rohmischung mit einem Kalkanteil von 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht,
bei einer Pressfeuchtigkeit von 1o bis 25 Gew.-% in einen mit Dornen versehenen
Formkasten unter Dornrüttelung füllt, die eingefüllte Rohmischung verdichtet und
presst, den verdichteten Steinroh-l ling entformt, auf ein Transportband und von
die-; sem auf einen Härtewagen transportiert und schließlich in einem Autoklaven
härtet. Der verwendete amorphe Zuschlagstoff soll einen Kornanteil unter' o,1 mm
von 15 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 30 bis 40 Gew.-% aufweisen. Der Anteil des
amorphen Zuschlagstoffes mit einer Körnung unter o,2 mm sollte 20 bis 60 Gew.-%
betragen.
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Bevorzugt wird ein Kalkanteil von 8 bis 1o Gew.-%;
und
ein Bimsanteil von 92 bis 9o Gew.-% in der Rohmischung, bezogen auf das Trockengewicht.
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Es ist wichtig, daß bei der Füllung des Formkastens eine Dornrüttelung
oder Vibration der Dorne in dem Formkasten vorgenommen wird, was mit Hilfe eines
an den Dornsteg angeschlossenen Vibrators erfolgt, der gerichtete Schwingungen großer
Amplitude und relativ kleiner Frequenz erzeugt. Vorzugsweise ist der Vibrator ein
Druckluft-Kolbenvibrator.
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Wie schon erwähnt, spielt der Anteil des Lochvolumens im Stein sowie
die Form und Anordnung der Löcher (Langlöcher) eine Rolle für die Wärmedämmung.
Mit der Erhöhung des Lochvolumens vergrößert sich auch das Problem des Ausstoßens
des verdichteten Steinrohlings aus dem Formkasten. Die für das Ausstoßen des verdichteten
Formrohlings aus dem Formkasten erforderliche Kraft ist beim anfänglichen Lösen
des Rohlings aus dem Formkasten heraus nach oben am größten.
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Sobald dieses Loslösen des Steines von der Formeinrichtung vollzogen
ist, geht der Kraftaufwand beim Ausstoß auf einen Bruchteil des ursprünglichen Druckes
zurück.
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Dieser erste, kurzfristige Kraftaufwand ist einerseits abhängig vom
Reibungswiderstandskoeffizienten zwischen dem Steinrohling und der Form und andererseits
von der Summe der Grenzflächen zwischen Steinrohling und Formeinrichtung. Diese
ist umso größer, je mehr Dorne zur Erhöhung des Lochvolumens in einen Formkasten
eingebaut sind. Es ist nötig, die beim Entformen anfänglich erforderliche Kraftspitze
auf mehrere nacheinander geschaltete Stufen zu verteilen, wobei die einzelnen Stufen
einen jeweils wesentlich geringeren Kraftaufwand erfordern. Zu diesem Zweck ist
vorgesehen, daß wenigstens ein Teil der Dorne in dem Formkasten an dem Dornsteg
mit geringfügigem axialem
Spiel befestigt sind. Dadurch wird erreicht,
daß wenigstens ein Teil oder alle Dorne sich beim Ausstoßen des Lochsteinformlings
aus der Formeinrichtung zusammen mit dem Lochsteinformling erst einige mm aus ihrer
Halterung heraus ohne nennenswerten Widerstand noch oben bewegen. Erst nachdem sich
der Lochsteinformling mit relativ geringem Kraftaufwand von der Formkastenwand gelöst
hat, tritt der erste Kraftschluss des Lochsteinformlings an den Dorngrenzflächen
auf und dieser wird ebenfalls mit relativ geringem Kraftaufwand überwunden.
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Durch dieses stufenweise Ausstoßen wird eine gute Entformung der Steinrohlinge
erreicht.
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Die Herstellung der erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten Lochsteine
aus Kalk und amorphen Leichtzuschlagstoffen erfolgt darüber hinaus nach an sich
bekannten Verfahren und mit in der Kalksandsteinindustrie üblichen Vorrichtungen
wie z.B. mechanisch, hydraulisch oder hydrostatisch angetriebenen Pressen, Transportbändern,
Härtewagen und Autoklaven.
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Vorzugsweise wird für die Herstellung der erfindungsgemäss hydrothermal
gehärteten Lochsteine eine Anlage zur Herstellung von Kalksandsteinen verwendet,
da hier die technisch erforderlichen Voraussetzungen bereits weitgehend vorhanden
sind.
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Die erfindungsgemässen hydrothermal gehärteten Lochsteine haben eine
hohe Druckfestigkeit, ein hohes Maß an Wärmedämmfähigkeit sowie eine hohe Schalldämmung.
Daher sind sie besonders für die Herstellung von Außernwänden geeignet.
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Die Erfindung wird nachstehend in den Beispielen erläutert.
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Anwendungsbeispiel 1: a) Herstellung der Rohmischung (10 kg) 9.347
g erdfeuchter Bims mit einem Wassergehalt von 20 Gew.-% werden auf unter 4 mm zerkleinert
und zwar derart, daß der Kornanteil < 0,1 mm 30 bis 35 Gew.-% beträgt. Nach Zugabe
von 653 g Weißfeinkalk erfolgt eine intensive Durchmischung.
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b) Fertigung eines NF-Steines (24 cm x 11,5 cm x 7,1 cm) Nach ausreichender
Reaktionszeit zum vollständigen Ablöschen des Kalkes werden 2.920 g der Rohmischung
bei einem spez. Verformungsdruck von 13,8 N/nX zu einem NF-Stein verformt. Die Härtung
des Rohlings wird in einem Autoklaven bei einem Härtedruck von 16 at und einer Härtezeit
von 4,5 Stunden durchgeführt.
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Nach dem Härten des Rohlings beträgt das Raumgewicht ca. 1.24 kg/dm3.
Bei Verwendung eines geeigneten Bimses ist die Druckfestigkeit > 1,5 N/mm c)
Fertigung von Lochsteinen Im Falle der Herstellung von Lochsteinen entspricht das
Raumgewicht eines NF-Steines im Mittel etwa der Scherbenrohdichte. Bei einem Lochvolumenanteil
von 45 z würde das Raumgewicht des tochsteines ca. 0,67 kg/dm3 und die Druckfestigkeit
mehr als 8 N/mm2 betragen.
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Anwendungsbeispiel II: a) Herstellung der Rohmischung: (10 kg) 5.829
g erdfeuchter Bims mit einem Wassergehalt von 20 % werden auf unter 4 mm zerkleinert
und zwar derart, daß der Kornanteil. < 0,1 mm ca. 10 Gew.-% beträgt. Nach Zugabe
von 678 g Weißfeinkalk erfolgt eine intensive Durchmischung. Wenn der Branntkalk
vollständig abgelöscht ist, werden 3.108 g Flugasche und 385 g Wasser untergemischt.
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b) Fertigung eines NF-Steines (24 cm x 11,5 cm x 7,1 cm) 2.920 g der
hergestellten Rohmischung werden bei einem spez. Verformungsdruck von 18,7 N/mm2
verformt. Die Härtung des Rohlings wird in einem Autoklaven bei einem Härtedruck
von 16 atü und einer Härtezeit von 4,5 Stunden durchgeführt.
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Nach dem Härten des Rohlings beträgt das Raumgewicht ca. 1,31 kg/dm3.
Bei Verwendung eines geeigneten Bimses und einer geeigneten Flugasche ist die Druckfestigkeit
> 1,5 N/mm² c) Fertigung von Lochsteinen Im Falle der Herstellung von Lochsteinen
entspricht das Raumgewicht eines NF-Steines im Mittel etwa der Scherbenrohdichte.
Bei einem Lochvolumenanteil von 48 % würde das Raumgewicht eines Lochsteines etwa
0,68 kg/dm3 und die Druckfestigkeit mehr als 7,5 N/mn2 betragen.
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Bei Betriebsversuchen (die Herstellung von Leichtsteinen gemäß vorliegender
Erfindung mit einem Lochanteil von 48 % ist im Laborversuch nicht realisierbar)
konnten unter Anwendung obiger Rezeptur Leichtsteine des Formates 245 mm x 300 mm
x 238 mm mit einer Rohdichte von 0,64 kg/dm3 und einer Druckfestigkeit von 7,5 N/mm²
hergestellt werden.
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Der Wärmedurchlaßwiderstand des unverputzten Mauerwerkes betrug unter
Zugrundelegung eines praktischen volumenbezogenen Feuchtigkeitsgehaltes von 5 Gew.
-% bei Verwendung von Mauermörtel nach Mörtelgruppe II 1,13 m2 h°C/Kcal = 0,95 m2
entsprechend einer Wärmeleitzahl von o,27 Kcal/m.h.°C = o,32 W/m . K.
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Bei Verwendung von Leichttörtel der Mörtelgruppe II a aus Bimssand
betrug der Wärmedurchlasswiderstand 1,39 m2 . h . °C/Kcal = 1,17 m2 . K/W entsprechend
einer Wärmeleitzahl von o,22 Kcal/m . h . OC = o,26 W/m . K