EP0193790B1 - Verbessertes Ton-Ziegelmaterial - Google Patents
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Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04D—ROOF COVERINGS; SKY-LIGHTS; GUTTERS; ROOF-WORKING TOOLS
- E04D1/00—Roof covering by making use of tiles, slates, shingles, or other small roofing elements
- E04D1/02—Grooved or vaulted roofing elements
- E04D1/04—Grooved or vaulted roofing elements of ceramics, glass or concrete, with or without reinforcement
Definitions
- the present invention relates to an improved clay tile materials, in particular roof tiles, which have practically no water absorption capacity, but which can, however, be produced in a conventional manner - with regard to firing temperatures, firing time or setting in the kiln.
- Clay roof tiles are exposed to the weather after installation. In very unfavorable cases, water penetrating the surface can get through to the bottom. In any case, excessive water absorption will endanger the frost resistance. Relatively coarse, unreacted CaO grains that frequently occur in bricks can lead to blasting off on the brick surface through reaction with water and CO 2 .
- US-A-3 035 937 describes a process for the manufacture of a glazed ceramic article, e.g. Brick or tiles described, the glaze being created by applying two glass-like slurries and then baking.
- the first slip contains a dye in addition to the glaze-forming material, while the second slip contains free silica and titanates in addition to the glaze-forming material.
- the present invention now relates to improved clay brick materials, in particular roof tiles, which consist essentially of conventional fired brick clays and a waterproof coating, and which are characterized in that a glass-like intermediate layer and then an engobe layer is located on the brick clay.
- the invention further relates to a method for producing such materials.
- the water absorption of clay roof tiles is practically prevented without having to change anything in terms of temperature, burning time and setting in the oven.
- the brick materials according to the invention can generally be produced as follows:
- a very thin glaze layer (glass-like intermediate layer) is applied.
- an engobe is applied using the same application process, which can consist of the clays used to manufacture the brick or suitable engobetones, each with a certain proportion of binding frit.
- the bricks are then fired in the usual way, being placed so close that they touch each other at least at certain points.
- the baking temperatures are - depending on the raw material - between 900 and 1100 ° C, preferably between 950 and 1050 ° C.
- the inferiority of such clays can consist, for example, of practically frequently occurring contents of natural lime inclusions, which cannot be comminuted adequately when the brick mass is processed for reasons of cost. These lime inclusions are converted to CaO in the fire and, when the bricks are used, can lead to blasting off the brick surface through hydration and recarbonation.
- the engobe's drying and burning shrinkage behavior must be closely matched to the shrinkage of the brick.
- the sintering behavior must be controlled via the composition of the engobe in such a way that sufficient hardness is achieved without sticking between the bricks under the pressure of the bricks which occurs in practice.
- the roof tile mass contained illite, kaolinite and quartz as the main mineral constituents and, to a lesser extent, feldspar and calcite as minor constituents.
- the coefficient of thermal expansion of the mass fired at 980 ° C and 48 hours burning time was 55. 10- 7 ° C -1 .
- the focal vibration was 6%.
- the glassy intermediate layer consisted of 90% frit with the following composition and 10% slurried kaolin:
- the coefficient of thermal expansion of the frit was 49. 10- 7 ° C -1 .
- the engobe consisted of 75% clay FTRA (Fuchs clay pit) and 25% of a frit with the following composition:
- the FTRA clay has a coefficient of thermal expansion of 49 - 10- 7 ° C -1 under the firing conditions mentioned above.
- the frit has a coefficient of thermal expansion of 77 - 10- 7 ° C- 1 . In terms of calculation, this results in a thermal expansion coefficient of 55 for the engobe, which corresponds exactly to that of the brick mass.
- the fire shrinkage of the engobe is 6%.
- the liter weight of the slip for the glass-like intermediate layer was set at 1,550 g / l.
- the fineness corresponded to 1% by weight of residue on the 10,000 mesh screen.
- the application thickness was 3 g / 100 cm 2 .
- the liter weight of the engobe slip was 1300 g / l.
- the fineness corresponded to 6% by weight residue on the 16900 mesh screen.
- the application thickness was 4 g / 100 cm 2 .
- the application of the engobe immediately followed the application of the glass-like intermediate layer (wet-on-wet application).
- the bricks were fired in an industrial tunnel kiln at 980 ° C for 48 hours.
- the bricks were burned vertically in cassettes in accordance with the normal method of firing, the bricks touching each other in a punctiform and planar manner. After the fire, no injuries to the engobe layer were visible at the contact points.
- a glass cylinder open on both sides with a diameter of 8 cm was placed on the surface and sealed with a silicone ring.
- the cylinders were filled with water up to a height of 10 cm.
- a water stain was visible on the underside of the uncoated bricks after three hours. In the case of the coated bricks, water loss was not detectable within the measurement accuracy.
- Initial limescale deposits were observed after three days on the uncoated bricks at the areas exposed to water. There were no limescale deposits on the coated bricks.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbesserte Ton-Ziegelmaterialien, insbesondere Dachziegel, die praktisch kein Wasseraufnahmevermögen besitzen, die jedoch in herkömmlicher Weise - hinsichtlich Brenntemperaturen, Brennzeit oder Setzweise im Brennofen - hergestellt werden können.
- Tondachziegel sind nach ihrer Verlegung der Witterung ausgesetzt. In die Oberfläche eindringendes Wasser kann in sehr ungünstigen Fällen durch den Scherben bis an die Unterseite gelangen. In jedem Fall gefährdet eine zu hohe Wasseraufnahme die Frostbeständigkeit. In Ziegeln häufig vorkommende relativ grobe, nicht reagierte CaO-Kömer können durch Reaktion mit Wasser und C02 zu Absprengungen an der Ziegeloberfläche führen.
- Es hat nicht an Versuchen gefehlt, diese Tonziegel zu verbessern. So ist es z.B. durch Erhöhung der Brenntemperaturen unter Umständen möglich, die Wasseraufnahme der Ziegel zu verringern. Wegen der meist sehr engen Sinterintervallen von Ziegelmassen führt das aber leicht zu unerwünschten Deformationen der Ziegel beim Brand.
- Außerdem ist eine Erhöhung der Brenntemperatur ein häufig untragbarer, zusätzlicher Kostenfaktor. Außerdem wäre es denkbar, durch eine feinkeramische Aufbereitung der Ziegelmasse den Sinterungsgrad beim späteren Brand im Sinne einer höheren Verdichtung zu fördern. Dabei könnte CaO reagieren und damit nicht mehr Anlaß zu Absprengungen geben. Eine derartige Aufbereitung ist jedoch in der Regel viel zu aufwendig und verbietet sich für die meisten Ziegelmaterialien von selbst.
- In der US-A-3 035 937 wird ein Verfahren zur Herstellung einer glasierten, keramischen Ware, z.B. Ziegel oder Fliesen beschrieben, wobei die Glasur durch den Auftrag zweiter glasartiger Schlicker und anschließendem Einbrand erzeugt wird. Der erste Schlicker enthält neben dem glasurbildenden Material einen Farbstoff, während der zweite Schlicker neben dem glasurbildenden Material freie Kieselsäure und Titanate enthält.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind nun verbesserte Ton-Ziegelmaterialien, insbesondere Dachziegel, die im wesentlichen aus üblichen gebrannten Ziegeltonen und einer wasserdichten Beschichtung bestehen, und die dadurch gekennzeichnet sind, daß sich auf dem Ziegelton eine glasartige Zwischenschicht und darauf wieder eine Engobeschicht befindet.
- Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, zur Herstellung solcher Materialien. Die Wasseraufnahme von Tondachziegeln wird damit praktisch verhindert, ohne daß an der herkömmlichen Brennweise - hinsichtlich Temperatur, Brennzeit und Setzweise im Ofen - etwas geändert werden muß.
- Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Ton-Ziegelmaterial können folgende Stoffe eingesetzt werden:
- a) Ziegelton mit Hauptmineralanteilen Quarz, Illit und Kaolinit und Nebengemengteilen, z.B. Feldspat und Kalkspat. Eine typische Zusammensetzung wäre ca. 40% Illit, 40% Kaolinit, 20% Quarz. Die maximale Teilchengröße sollte möglichst unter 2 mm sein.
- b) Glasartige Zwischenschicht Bestehend z.B. aus 85 bis 95% einer Alkali-Erdalkali-Alumoborosilikat Fritte und 5 bis 15% Ton (Wärmeausdehnungskoeffizient 35 bis 75 - 10-7 oC-1).
- c) Engoben Bestehend aus 65 bis 85% eines geeigneten Tones und 35 bis 15% einer Alkali-Erdalkali-Alumoborosilikat-Fritte. Der Wärmeausdehnungskoeffizient muß dabei auf die Ziegeltonmasse abgestimmt werden. Entsprechendes gilt für die Trocken- und Brenngeschwindung.
- Die erfindungsgemäßen Ziegelmaterialien können im allgemeinen wie folgt hergestellt werden:
- Auf den geformten Ziegel wird unmittelbar nach dem Formgebungsprozeß, z.B. durch Spritzen eine sehr dünne Glasurschicht (glasartige Zwischenschicht) aufgebracht.
- Anschließend wird nach demselben Auftragsverfahren eine Engobe aufgebracht, die aus den zur Herstellung des Ziegels verwendeten Tonen bestehen kann oder aus geeigneten Engobetonen, jeweils unter Zusatz eines gewissen Anteils an Bindefritte. Anschließend werden die Ziegel in der üblichen Weise gebrannt, wobei sie so dicht gesetzt werden, daß sie sich gegenseitig zumindest punktuell berühren.
- Die Einbrenntemperaturen liegen - je nach Rohstoff - zwischen 900 und 1100°C, vorzugsweise zwischen 950 und 1050°C.
- Während des Brandes wird der Ziegel verfestigt. Die Glasurschicht bildet mit der unmittelbar darunterliegenden aus dem Ziegelton bestehenden Schicht eine dünne, aber vollständig verglaste Zwischenschicht. Die darüber aufgebrachte Engobe erfüllt drei Aufgaben:
- 1. wird, da die Engobe nur geringe Anteile an Schmelzphase während des Brandes entwickelt, ein Zusammenkleben der Ziegel beim Brand verhindert,
- 2. wird das äußere Aussehen des Ziegels gegenüber dem nicht beschichteten Ziegel nicht verändert, wie das bei Anwendung normaler Glasurverfahren der Fall wäre,
- 3. läßt sich die Engobe fast beliebig einfärben.
- Durch die Verglasung des Ziegels unterhalb der Engobschicht wird die Wasseraufnahme praktisch auf Null gebracht. Das hat zwei wichtige Konsequenzen:
- 1. ist die Frostbeständigkeit hierdurch gewährleistet,
- 2. können als Ziegelrohstoffe auch minderwertige Tone verwendet werden, sofern deren Sinterverhalten eine ausreichende Verfestigung, Maßhaltigkeit und Formbeständigkeit während des Brandes ergibt.
- Die Minderwertigkeit solcher Tone kann z.B. in praktisch häufig vorkommenden Gehalten an natürlichen Kalkeinschlüssen bestehen, die bei der Aufbereitung der Ziegelmasse aus Kostengründen nicht ausreichend zerkleinert werden können. Diese Kalkeinschlüsse werden im Brand zu CaO umgewandelt und können beim Einsatz der Ziegel durch Hydratation und Recarbonatisation zu Absprengungen an der Ziegeloberfläche führen.
- Die verwendete Glasur muß zwei Bedingungen erfüllen:
- 1. muß ihre Viskosität und ihre Benetzungsverhalten gegenüber der Ziegelmasse so eingestellt sein, daß eine vollständig geschlossene verglaste Schicht entstehen kann,
- 2. muß der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) um ca. 4 bis 7 . 10-7 °C-1 niedriger sein als der WAK der Ziegelmasse, um die Entstehung von Haarrissen sicher zu vermeiden.
- Die Engobe muß in ihrem Trocken- und Brennschwindungsverhalten in engen Grenzen auf die Schwindung des Ziegels abgestimmt sein. Das Sinterverhalten muß über die Zusammensetzung der Engobe so gesteuert werden, daß eine ausreichende Härte erreicht wird, ohne das Verklebungen zwischen den Ziegeln unter dem praktisch auftretenden Andruck der Ziegel untereinander auftreten.
- Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung soll nun anhand des folgenden Beispiels noch näher erläutert werden.
- Auf Dachziegel aus einer bestehenden Produktion wurde nach vorheriger Erwärmung auf 60°C nacheinander eine glasartige Zwischenschicht und eine Engobeschicht auf die Oberseite aufgespritzt. Die Dachziegelmasse enthielt als Hauptmineralbestandteile lllit, Kaolinit und Quarz und als Nebenbestandteile in geringerem Umfang etwa Feldspat und Kalkspat.
- Der Wärmeausdehnungskoeffizient der bei 980°C und 48 Stunden Brennzeit gebrannten Masse betrug 55. 10-7 °C-1. Die Brennschwingung betrug 6%.
- Die glasartige Zwischenschicht bestand zu 90% aus einer Fritte folgender Zusammensetzung sowie 10% geschlämmten Kaolin:
- Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Fritte betrug 49. 10-7 ° C-1 .
- Die Engobe bestand zu 75% aus dem Ton FTRA (Fuchs'sche Tongrube) und 25% einer Fritte folgender Zusammensetzung:
- Der Ton FTRA hat unter den oben genannten Brennbedingungen einen Wärmeausdehnungskoeffizient von 49 - 10-7 °C-1. Die Fritte hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 77 - 10-7 °C-1. Das ergibt rechnerisch für die Engobe einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 55, der dem der Ziegelmasse genau entspricht. Die Brennschwindung der Engobe beträgt 6%.
- Das Litergewicht des Schlickers für die glasartige Zwischenschicht wurde mit 1 550 g/I eingestellt. Die Mahlfeinheit entsprach 1 Gew.-% Rückstand auf dem 10 000er Maschensieb. Die Auftragsstärke be- trug 3 g/100 cm2.
- Das Litergewicht des Schlickers der Engobe betrug 1300 g/I. Die Mahlfeinheit entsprach 6 Gew.-% Rückstand auf dem 16900er Maschensieb. Die Auftragsstärke war 4 g/100 cm2. Der Auftrag der Engobe schloß sich unmittelbar an den Auftrag der glasartigen Zwischenschicht an (Naß-in-Naß-Auftrag).
- Die Ziegel wurden in einem Industrietunnelofen bei 980°C 48 Stunden Brennzeit gebrannt. Dabei wurden die Ziegel entsprechend der normalen Brennweise in Kassetten senkrecht stehend gebrannt, wobei sich die Ziegel untereinander punktförmig und flächenförmig berühren. Nach dem Brand waren an den Berührungsstellen keine Verletzungen der Engobeschicht sichtbar.
- Zur Beurteilung des Verdichtungseffektes wurde an unbeschichteten und in der beschriebenen Weise beschichteten Ziegeln die Wasseraufnahme bzw. Wasserdurchlässigkeit auf folgende Weise bestimmt:
- Auf die Oberfläche wurde ein beidseitig offener Glaszylinder mit einem Durchmesser von 8 cm aufgesetzt und mit einem Silikonring abgedichtet. Die Zylinder wurden bis zu einer Höhe von 10 cm mit Wasser gefüllt. An den unbeschichteten Ziegeln wurde nach drei Stunden an der Unterseite ein Wasserfleck sichtbar. Im Falle der beschichteten Ziegel war ein Wasserverlust im Rahmen der Meßgenauigkeit nicht feststellbar. An den nichtbeschichteten Ziegeln wurden an den mit Wasser beaufschlagten Stellen nach drei Tagen erste Kalkabsprengungen beobachtet. An den beschichteten Ziegeln traten keine Kalkabsprengungen auf.
Claims (4)
1. Ziegelmaterial, insbesondere Dachziegel, im wesentlichen bestehend aus üblichen gebrannten Ziegeltonen und einer wasserdichten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem gebrannten Ziegelton eine glasartige Zwischenschicht und darauf wiederum eine Engobeschicht befindet.
2. Ziegelmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) der glasartigen Zwischenschicht um 4-7 Einheiten (10-7 °C-1) niedriger als der WAK der Ziegelmasse ist.
3. Ziegelmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient und die Trocken- und Brennschwindung der Engobe mit den entsprechenden Werten der Ziegelmasse übereinstimmen.
4. Verfahren zur Herstellung von Ziegelmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den Ziegelton eine glasartige Zwischenschicht und anschließend eine Engobeschicht aufbringt und nach Zwischentrocknung das Material bei Temperaturen zwischen 900 und 1100°C brennt.
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