DE3003775C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gepreßten und dampfgehärteten Kalk-Sand-Stein von hohem Weißgrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Im Zusammenhang mit derartigen, autoklav gehärteten Kalk-Sand-Steinen sind Blaine-Werte für SiO₂ bekannt, die zwischen 1000 und 4000 cm²/g liegen (Tonindustrie-Zeitung 1954, S. 207). Ferner ist bereits ein Quarzsand mit einem SiO₂-Gehalt von 70 bis 95% als Werkstoff für dampfgehärtete Baustoffe bekannt (Gundlach: "Dampfgehärtete Baustoffe", 1973, S. 12).

Herkömmlicher Kalk-Sand-Ziegelstein ist in seiner Streich- und Bruchfläche hellgrau. Es wurden bereits Kalk-Sand-Ziegelsteinsorten mit bedeutend weißerer Färbung als das normale Hellgrau entwickelt. Statt des normalen Natursandes wurde dabei als Gerüstmaterial für den Stein heller, gebrochener Quarz (SiO₂) verarbeitet. Zu diesen Produkten gehören der in Schweden verbreitete Mexi-Ziegelstein und der in Finnland hergestellte Kahi-Ziegelstein.

Der gewöhnliche Kalk-Sand-Stein läßt sich auch in etwas hellerer Tönung herstellen, wenn man der Rohmasse weißes, feinkörniges Titandioxid (TiO₂-Pigment) zusetzt. Dieses Pigment wird der Masse gewöhnlich in einer anteiligen Menge von 1-4% zugesetzt. Wegen des hohen Pigmentpreises ist der Ziegelstein allerdings bei Pigmentgehalten über 3% im allgemeinen nicht mehr konkurrenzfähig. Auch verschlechtern sich bei einem Pigmentzusatz von mehr als 3% die technischen Eigenschaften des Ziegelsteins. Dies trifft vor allem für die äußerst hohe Frostbeständigkeit zu, die von Fassadenziegeln verlangt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochgradig weißen Kalk-Sand-Stein von betont visuellem Eindruck zu schaffen.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Stein durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Fertigungsverfahren und Rohmaterial eines betont weißen Ziegels unterscheiden sich erheblich von den Herstellungsverfahren und Rohstoffen der gegenwärtig angebotenen Kalk-Sand-Ziegelsteine. Es wurde gefunden, daß sich weiße Kalk-Sand-Steine völlig abweichend von der herkömmlichen Kalk-Sand-Herstellungsmethode fertigen lassen, wenn man als Hauptrohmaterial inertes, an der Bildung des Ziegel-Bindemittelgerüstes unbeteiligtes, weißes Steinmaterial verarbeitet. Ermöglicht wird dies dadurch, daß man das Bindemittel durch eine Reaktion zwischen besonders ausgewählten Komponenten - feinem quarzhaltigem Sandfüller und Kalk, (Ca(OH)₂) - bildet, wobei das Bindemittelgerüst des Steines von in der Masse gleichmäßig verteiltem Calciumhydrosilikat gebildet wird. Der volumenmäßige Hauptteil der Masse wird dabei jedoch von weißem Füllstoff gebildet, der dem Ziegelstein sowohl in seiner Oberfläche als auch in seiner Bruchfläche eine weiße Farbe verleiht.

Die Verwendung von Kalkstein-Füllstoff in härtenden Grundmassen ist bereits bekannt. Es ist z. B. bereits üblich, Kalkstein unter die Grundmasse für Betonrohre zu mischen. Auch bei Kalk-Sand-Ziegelsteinen hat man früher bereits naturfarbigen Steinfüller zur Erzeugung ästhetischer Effekte verwendet. Alle bisher bekannten Füllstoffe sind jedoch solcherart, daß sie mit der verwendeten Grundmasse reagieren. Dies war notwendig, um beim fertigen Erzeugnis die in den Normen ausgewiesenen Festigkeitswerte zu erzielen.

Laborversuche haben ergeben, daß sich die Festigkeitsnormen auch mit inertem Füll- und Gerüstmaterial erfüllen und sogar übertreffen lassen. Allerdings ist dies nur unter Einhaltung bestimmter Voraussetzungen und Komponentenverhältnisse möglich.

Das Füll- und Gerüstmaterial kann von kristalliner oder amorpher Beschaffenheit sein. Da dieses Material nicht mit dem Bindemittel reagiert, bleiben seine Oberflächen unverändert, was gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Lichtreflexionsfaktors der Ziegelflächen ist. Auf diese Weise erzielt man einen beträchtlichen visuellen Effekt, zum Beispiel eine Betonung des Weißgrades.

Neben hochweißen Kalk-Sand-Ziegelsteinen erstreckt sich die Erfindung auf Kalk-Sand-Ziegelsteine mit betonter visueller Wirkung, welche durch Verarbeitung naturfarbenen Steinmaterials herbeigeführt wird. Solches naturfarbenes Gestein kann beim erfindungsgemäßen Verfahren als inerter Füll- und Gerüststoff zusammen mit dem gleichen Bindemittel, wie es für weiße Kalk-Sand-Ziegelsteine Verwendung findet, verarbeitet werden.

Zur Verdeutlichung der Unterschiede zwischen dem neuen und dem bereits bekannten Kalk-Sand-Stein sei im folgenden ein Vergleich zwischen einem bereits bekannten Material und dem erfindungsgemäß verwendeten Material angestellt, und zwar speziell auf einen weißen Kalk-Sand-Stein bezogen. Die bereits bekannten Kalk-Sand-Steine werden aus ungelöschtem Kalk, Quarzsand und Wasser hergestellt. Die besagten Stoffe werden zu einer erdfeuchten Masse miteinander vermischt, wobei das Löschen des Kalks zu Calciumhydroxid Ca(OH)₂ erfolgt. Die Masse wird unter hohem Druck, 20-30 MN/m², zu Steinrohlingen gepreßt, die dann im Autoklaven bei einem Dampfdruck von 1,2-1,8 MPa behandelt werden, wobei Kalk Ca(OH)₂, Quarzsand SiO₂ und Wasser H₂O unter Bildung des Kalk-Sand-Stein-Bindemittels, Calciumhydrosilikat CHS, miteinander reagieren.

Die Massen-Trockensubstanz besteht dabei zu 8-12% aus Kalk Ca(OH)₂ und zu 92-88% aus Quarzsand. Letzterer muß einen SiO₂-Gehalt von wenigstens 70-75% und eine Kornverteilung aufweisen, mit der sich beim Pressen ein dichter, zusammenhaltender Steinrohling erzielen läßt. Auch muß der fertige Stein porenmäßig so beschaffen sein, daß er frostfest ist. Die Porosität wird von der Kornverteilung des verarbeiteten Sandes beeinflußt; diese muß im allgemeinen folgende Anforderungen erfüllen:

Korngröße, mmSiebdurchgang, %

<0,12510-30 <0,25030-40 <0,555-65 <1,070-100 <2,090-100 <4,0100

Die Herstellung von weißem Kalk-Sand-Stein geschieht nach dem oben umrissenen Prinzip, wobei als Gesteinszuschlag weißer gebrochener Quarzsand verarbeitet wird, dessen SiO₂-Gehalt in der Regel höher als 95% liegt.

Beim Fertigungsverfahren für den erfindungsgemäßen weißen Kalk-Sand-Stein sind die Hauptrohstoffe Kalk, feiner Quarzsand als Füller und ein gröberes weißes, aus Kalkstein oder entsprechendem Gestein, z. B. Dolomit, Wollastonit u. dgl., gebrochenes Gerüstmaterial mit einer Korngröße von 10 mm.

Beim weißen Kalk-Sand-Stein bilden Kalk und feinkörniger Füllsand während der Behandlung im Autoklaven das Bindemittel des Steines. Wesentlich im Hinblick auf die Festigkeits- und Frostbeständigkeitseigenschaften des Kalk-Sand-Steins ist dabei, Kalk und Sand in einem solchen Verhältnis zuzusetzen, daß der Kalk in seiner Gesamtheit umgesetzt wird. Als brauchbares Verhältnis hat sich der Relationsbereich 1 : 3-1 : 4 erwiesen. Andererseits hat man festgestellt, daß das Verhältnis um so größer sein kann, je größer die spezifische Oberfläche des verarbeiteten Füllsandes ist; letztere kann zwischen 50 und 200 m²/kg (Blaine) variieren.

Der verarbeitete Sand muß in seiner Kornfeinheit im wesentlichen der folgenden Aufstellung entsprechen:

Siebmaschenweite, mmSiebdurchgang, %

0,06320-60 0,12560-70 0,25070-90 0,5090-100

Beim weißen Kalk-Sand-Stein wird das Gerüstmaterial in seinem Hauptteil von weißem, bei der Autoklavenbehandlung mit dem Kalk nicht reagierendem Gestein wie Kalkstein, Dolomit o. dgl. gebildet. Solches Steinmaterial läßt sich oft leichter und billiger beschaffen als weißer gebrochener Quarzsand. Das weiße inerte Steinmaterial wird der Masse je nach gewünschtem Endfarbton in einer Menge von vorzugsweise 70-30% zugesetzt. Das weiße Steinmaterial ist wesentlich gröber als der im Bindemittel verwendete Naturquarzsand.

Das weiße Steinmaterial muß z. B. folgender Korngrößenverteilung entsprechen:

Korngröße, mmSiebdurchgang, %

0,125 5-15 0,25020-40 0,5030-50 1,0040-70 2,0060-100 4,080-100 6,090-100

Im folgenden soll an Hand einiger Beispiele ein Bild von der Zusammensetzung, der Herstellung und den Eigenschaften des erfindungsgemäßen weißen Kalk-Sand-Steins vermittelt werden.

Beispiel 1

Die Rohmaterialien wurden in folgendem Verhältnis zu einer homogenen Masse miteinander vermengt:

Zusammensetzung:

Kalk14% Natursandfüller43% Kalksteinsplitt43%

Der Mischung wurden 5% Wasser, bezogen aufs Trockengewicht, zugesetzt, und aus der so erhaltenen Masse wurden unter einem Druck von 25 MPa Steinrohlinge gepreßt. Diese wurden dann 5 h bei einem Dampfdruck von 16 bar im Autoklaven behandelt.

Als Kalk wurde sog. Industriefeinkalk verarbeitet, der einen aktiven Kalkgehalt, Ca(OH)₂, von 82,9% hatte. Der Natursandfüller hatte folgende Kornzusammensetzung: 44,8% passierten das 0,063-mm-Sieb, 80% das 0,125-mm-Sieb und 95% das 0,250-mm-Sieb. Der Quarzgehalt des Füllers betrug 85%. Der Kalksteinsplitt hatte folgende Kornzusammensetzung: 15% passierten das 0,125-mm-Sieb, 25% das 0,250-mm-Sieb, 35% das 0,5-mm-Sieb, 55% das 1,0-mm-Sieb, 78% das 2,0-mm-Sieb und 100% das 4-mm-Sieb.

An dem so hergestellten weißen Kalk-Sand-Stein wurden folgende technische Daten bzw. Eigenschaften ermittelt:

Rohdichte2020 kg/m³ Wasseraufnahmevermögen11,1% Druckfestigkeit63,7 MN/m² Weißgrad69,5% des Weißgrades des MgO-Bezugskörpers FrostbeständigkeitErfüllt die Anforderungen des finnischen SFS-Standards 2805, d. h. übersteht 25-Gefrier-Auftau-Zyklen ohne Zerstörung

Die entsprechenden technischen Daten des gewöhnlichen industriell gefertigten, dem Standard SFS 2803 entsprechenden Kalk-Sand-Steines lauten:

Rohdichte1900 kg/m³ Wasseraufnahmevermögen12,3% Druckfestigkeit23,5 MN/m² Weißgrad63,1% des MgO-Weißgrades FrostbeständigkeitEntspricht den Anforderungen des finnischen Standards SFS 2805

Der standardgemäße Kalk-Sand-Stein hat folgende Zusammensetzung:

Kalk mit 91% akt. Ca(OH)₂-Gehalt12% Natursand88%

Der SiO₂-Gehalt des Natursandes beträgt 78%. Die Kornverteilung des Sandes entspricht im wesentlichen der oben aufgeführten.

Weißgradmessungen wurden auch an aus Brechquarz gefertigten hellen Fassadensteinen vorgenommen; sie ergaben 64,5% des MgO-Weißgrades. Diesen Messungen zufolge ist also der neue weiße Kalk-Sand-Stein um etwa 5 Prozentpunkte heller als die bekannten Produkte. Dieser Weißgradunterschied läßt sich auch visuell deutlich feststellen.

Beispiel 2

Weißer Kalk-Sand-Stein wurde mit folgender Massen-Zusammensetzung hergestellt:

Kalk12% Natursandfüller38% Kalksteinsplitt50%

Die Steine wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt. Ihre technischen Daten lauteten:
Rohdichte1800 kg/m³ Wasseraufnahmevermögen14,1% Druckfestigkeit23,6 MN/m² Weißgrad71,0% des MgO-Weißgrades FrostbeständigkeitErfüllt die Anforderungen der finnischen Norm SFS 2805

Der verwendete Natursandfüller hatte folgende Kornzusammensetzung: 60% passierten das 0,063-mm-Sieb, 88% das 0,125-mm-Sieb und 100% das 0,250-mm-Sieb. Der Füller hatte einen Quarzgehalt von 88%. Der Kalksteinsplitt hatte folgende Kornzusammensetzung: 10% passierten das 0,125-mm-Sieb, 18% das 0,25-mm-Sieb, 30% das 0,5-mm-Sieb, 46% das 1,0-mm-Sieb, 62% das 2,0-mm-Sieb, 82% das 4,0-mm-Sieb und 100% das 8,0-mm-Sieb.

Die obigen Beispiele zeigen, daß sich den technischen Qualitätsanforderungen genügende, hochgradig weiße Kalk-Sand-Steine herstellen lassen. Wesentlich dabei ist, daß die weiße Färbung zum Hauptteil durch weißes, mit dem Kalk nicht reagierendes Füll- und Gerüstmaterial in Form von Kalksteinsplitt oder dergleichen bewirkt wird. Es ist klar, daß die in den Beispielen angeführten Mischungsverhältnisse im Rahmen der vorstehenden Patentansprüche in beträchtlichem Maße geändert werden können, wodurch sich Kalk-Sand-Steine unterschiedlichen Weißgrades erzeugen lassen.

Claims (1)

1. Gepreßter und dampfgehärteter Kalk-Sand-Stein von hohem Weißgrad und Calciumhydroxid mit einem Blaine-Wert größer als 1000 m²/kg, aus Quarzsand mit einem Blaine-Wert zwischen 100 und 400 m²/kg und mit einem freien SiO₂-Gehalt von 70 bis 95% und aus einem den hohen Weißgrad vermittelnden Zusatzmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß der das Stein-Bindegerüst bildende Anteil der Stein-Trockensubstanz 30 bis 60% beträgt, wovon 72 bis 86% feinverteilter Naturquarzsand mit einem freien SiO₂-Gehalt von 75-88% und 14 bis 28% feinverteiltes Calciumhydroxid sind, und daß der restliche Anteil der Stein-Trockensubstanz als Zusatzmaterial aus gebrochenem, inertem Kalkstein besteht, der außerhalb des Stein-Bindegerüstes verbleibt.