DE10300043B4 - Verfahren zur Herstellung geformter und gebrannter Bauelemente aus Schaumton - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung geformter Bauelemente aus Schaumton, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tonmasse aus 33,6 Masse-% Tonschlicker mit einem Masseverhältnis von Ton zu Wasser von 68:32, 0,3 Masse-% Schaumbildner SB 1, 15,5 Masse-% Geopolymerbildner, 35,3 Masse-% Blähglasgranulat zweier Fraktionen im Masseverhältnis 1:1, 5,1 Masse-% Ziegelmehl von 0 mm bis 1 mm und 10,2 Masse-% Wasser in an sich bekannter Weise geschäumt, geformt, getrocknet und bei mindestens 925°C gebrannt wird, wobei ein Geopolymerbinder mit 34,25 Masse-% Metakoalin oder Aktivton, 4,78 Masse-% 40%iges Natronwasserglas, 9,61 Masse-% 100%iges NaOH und 51,36 Masse-% Wasser verwendet wird, und wobei die Handhabbarkeit der Rohlinge durch Ansteifen des Schlickers, sowie die Druckfestigkeit der Bauelemente in Stufen durch 1. Erhöhung der Brenntemperatur größer als 925°C, 2. Variation des Anmachwassergehaltes, modifiziert werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geformter und gebrannter Bauelemente aus Schaumton.
  • Zur Erreichung dieses allgemeinen Zieles ist eine Vielzahl von Ansätzen technischer Lösungen bekannt geworden, die sämtlich unter bestimmten Aspekten nicht befriedigen und daher allenfalls als Teillösungen des oben genannten allgemeinen Problems anzusehen sind. Dabei erfolgt, wie bei der Erfindung eine Beschränkung auf technische Lösungen, die im wesentlichen anorganische steinartige Werkstoffe ergeben.
  • Dabei sind prinzipiell drei Gruppen technische Lösungen zu unterscheiden:
    • 1. In sich geschäumte Massen homogener stofflicher Zusammensetzung
    • 2. Ungeschäumte Bindemittel mit porösen Füllstoffen, insbesondere Blähglasgranulat, und
    • 3. Erzeugnisse bei denen, wie bei der Erfindung, das Bindemittel, welches die porösen Füllstoffe zusammenhält, ebenfalls geschäumt ist.
  • Zur ersten Gruppe ist ein Verfahren zur Herstellung einer feinporigen Schaumwerkstoffes aus einer anorganischen steinbildenden Masse, einem alkalischen Härter sowie einem oberflächenaktiven amphiphilen Schaumbildner bekannt ( EP 561 978 B1 ). Die Aufschäumung vorzugsweise mittels H2O2 lässt sich nicht überall problemlos durchführen und ist teuer. Wenn interessante Wärmedämmwerte erreicht werden, sind die Druckfestigkeiten unbefriedigend.
  • Bei der Herstellung eines geformten und gebrannten porosierten Mauerziegels wird die Masse mittels eines Tensidschaumes aufgeschäumt, welcher Kieselsäure als Stabilisator enthält ( DE 197 06 492 A1 ). Hierbei ist es sicherlich vorteilhaft, dass die Kieselsäure beim Brennen und die Sinterung erleichtert und vermutlich an der Scherbenbildung beteiligt ist. Nachteilig ist, dass nach dem Brennen eine allseitige Materialabtragung an dem Ziegelstein zwingend vorgeschrieben ist, um ihn mit Dünnbett-Mörtel verarbeiten zu können. Es sind also, abgesehen vom Aufwand der Materialabtragung, besondere Verarbeitungsvorschriften auf der Baustelle einzuhalten.
  • Sehr vorteilhaft für die Festigkeit wirkt es sich aus, wenn Blähglasgranulat bei der normalen Ziegelherstellung in der Weise eingesetzt wird, wenn an der Grenzfläche zwischen Ziegelmasse und hochporösen Blähglasgranulat beim Ziegelbrand eine Reaktion erfolgt, aber der Brand derart gesteuert wird, daß die Raumstruktur des Blähglasgranulates erhalten bleibt ( DE 197 32 518 A1 ). Da die Ziegelmasse nicht porosiert wird, sind die Porositätswerte naturgemäß begrenzt.
  • Eine Zusatzpatentanmeldung zu dieser technischen Lösung ( DE 198 05 379 A1 ) leitet zur o. g. dritten Gruppe technischer Lösungen über, bei denen beide Phasen porosiert sind. Im vorliegenden Falle geschieht dies durch Ausbrenn-Porosierung, wobei der Ziegelmasse überdies fakultativ Glaspulver zugesetzt werden kann. Dies berührt die Erfindung nicht, weil hier das Blähglas gewissermaßen in zwei zeitlich getrennten Phasen erzeugt wird, nämlich zum einen bei der Herstellung des Blähglasgranulates und zum anderen beim Brennen des Ziegelsteines und damit beim Blähen des Glaspulvers in der Ziegelmasse. Der porosierte Bestandteil ist also in jedem Falle Blähglas.
  • Eine Formmasse für Wärmedämmplatten besteht aus einem sehr hohen Anteil von 35 Masse% bis 75 Masse% Blähglasgranulat mit Wasserglas als notwendigem sowie Tonerdezement und Flugasche als fakultativen Bindemitteln ( DE 197 38 373 A1 ). Zur Festigkeit dieser Masse ist nichts ausgesagt, so dass offenbar die Eigenschaft der Wärmedämmung dieser Entwicklung ist.
  • Bei einem Formkörper ähnlicher Zusammensetzung, bei welchem das Bindemittel eine Geopolymerbindung ausbildet und vorzugsweise noch amorphes Siliziumoxid, aktivierte Tone, Glaspulver und/oder hochaufgemahlenen Basalt enthält, wird die Bindemittelphase selbst nicht geschäumt, aber die Porosität des Formkörpers soll dadurch über den Porositätswert, welcher dem zugesetzten Blähglasgranulat entspricht, hinaus gesteigert werden, indem das Bindemittel die Blähglasgranalien lediglich benetzt, so dass zu den Hohlräumen (Poren) in den Blähglasgranalien noch diejenigen zwischen diesen hinzukommen, soweit sie nicht vom Bindemittel ausgefüllt sind ( DE 197 02 254 A1 ). Räume, die nicht vom Bindemittel ausgefüllt sind, können naturgemäß nichts zur Festigkeit beitragen, so dass es bei der Herstellung dieses Formkörpers schwierig sein dürfte, die gegenläufigen Kennwerte von Porosität und Festigkeit zu steuern und gezielt Erzeugnisse mit einem vorgegebenen Wertepaar-Bereich herzustellen.
  • Schließlich ist es bekannt, ein Gemisch abgestufter Korngrößen eines Hohlraummaterials, darunter auch Blähglasgranulat aber auch organisches Hohlraummateriel, wie solches aus Polystyren oder auch Holzspäne, derart mit einem geschäumten Bindemittel aus Wasserglas, Metakaolin sowie verschiedenen in der Keramik verwendeten Oxiden zu verfestigen, daß die Oberfläche der Hohlraumpartikel mit einer dünnen, geschäumten Bindemittelschicht überzogen sind ( DE 198 55 020 A1 ). Die Klassierung der Hohlraumpartikel verkompliziert und verteuert die Fertigung und hinterläßt möglicherweise Fraktionen nicht verwendbarer Korngrößen. Das Überziehen der Hohlraumpartikel mit der Bindemittelschicht erfolgt durch Einrühren derselben in eine flüssige Phase, was kein typisches Verfahren bei der Herstellung von Baustoff-Formkörpern ist.
  • Es soll noch kurz auf den Stand der Technik anorganischer, kaltaushärtender Bindemittel, welche Wasserglas enthalten, eingegangen werden, die stoffliche Berührungspunkte zur Erfindung aufweisen, ohne dass dort der Gesichtspunkt des Aufschäumens eine Rolle spielt. Der Neuheitsgehalt dieser Veröffentlichungen besteht zumeist darin, dass ganz bestimmte Feststoffe zugegeben werden. Dies betrifft beispielsweise:
    • – gemahlenen kalzinierten Bauxit ( EP 199 941 B2 )
    • – eine Kombination von Elektrofilterstaub aus Braunkohlekraftwerken mit Filterstäuben aus der Korund- oder Mullitherstellung, glasiger Elektrofilterasche und einer Vielzahl anderen an sich für diesen Anwendungsfall bekannter Stoffe ( EP 0 417 583 B1 )
    • – bei bestimmten Temperaturen thermisch aktiverten Ton ( DE 100 11 757 A1 ) und
    • – bei einer hohen Rührerdrehzahl gemischte an sich bekannte Komponenten, wodurch das Gemisch durch Einwirkung der Zentrifugalkraft verdichtet werden soll ( DE 198 55 019 A1 ).
  • Der zuletzt genannte Stand der Technik könnte spezielle, zur Realisierung der Erfindung bereitzustellende Komponenten, aber niemals deren allgemeinen Grundgedanken, nämlich die geschäumte Tonmasse, betreffen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung geformter Bauelemente aus Schaumton, die gegenläufigen Kennwerte von Porosität und Festigkeit zu steuern.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.
  • In dieser Anmeldung handelt es sich bei dem „SB 1-Schäumer” um einen kommerziellen Schaumbildner für Porenleichtbeton der Firma Addiment.
  • Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen auch die vorteilhaften Auswirkungen der Erfindung hervorgehen:
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Erzeugnisparameter (V 23)
    • Rohdichte (g/cm3): 0,37
    • Wärmeleitfähigkeit (W/mK): 0,096
    • Druckfestigkeit: 1 N/mm2): 0,15
    • Brenntemperatur (°C): 25
  • Versatzanteile in Masseverhältnissen
    Tonschlicker (T:W = 68:32; x = 8,5%)2 ) 33,6 Masse-%
    Ziegelmehl (0 mm–1 mm) 5,1 Masse-%
    Blähglas (BGF 1:BGF 2 = 1:1) 35,3 Masse-%
    SB 1-Schäumer 0,3 Masse-%
    Geopolymerbinder B (x = 8,5%)2 ) 15,5 Masse-%
    weitere Zuschläge (Wasser) 10,2 Masse-%
    Gesamtsumme ohne SB 1 100,0 Masse-%
    davon Rohtonmenge 22,9 Masse-%
    davon Wassermenge für Tonschlicker (x = 8,5)2) 10,7 Masse-%
    davon ausschließlich Aktivton für Binder 5,3 Masse-%
    2) x = Wasser (umverteilt) zur Anpassung der Konsistenz von Geopolymerbinder mit Tonschlicker und Ziegelmehl. Zusammensetzung für den Geopolymerbinder B
    Metakoalin oder Aktivton 34,25 Masse-%
    Natronwasserglas (40%ig) 4,78 Masse-%
    NaOH (100%ig) 9,61 Masse-%
    Wasser (x = 8,5%)2 ) 51,36 Masse-%
    2) x = Wasser (umverteilt) zur Anpassung der Konsistenz von Geopolymerbinder mit Tonschlicker und Ziegelmehl.
  • Durch Ansteifen des Schlickers wird die Handhabbarkeit der Rohlinge (Ausschalen, Transport) unabhängig von deren Trocknung erreicht.
  • Modifizierung der Druckfestigkeit in Abhängigkeit von der Rohdichte
    • Stufe 1: Erhöhung der Brenntemperatur größer als 925°C
    • Stufe 2: Variation im Anmachwassergehalt
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Erzeugnisparameter (V 21)
    • Rohdichte (g/cm3): 0,80
    • Wärmeleitfähigkeit (W/mK): 0,152
    • Druckfestigkeit: (N/mm2): 1,2
    • Brenntemperatur (°C): 950
  • Versatzanteile in Masseverhältnissen
    Tonschlicker (T:W = 68,2:31,8; x = 8,5%)2) 53,3 Masse-%
    Ziegelmehl (0 mm–1 mm) 8,1 Masse-%
    Blähglas (BGF 1:BGF 2 = 1:1) 9,6 Masse-%
    SB 1-Schäumer 0,5 Masse-%
    Geopolymerbinder B (x = 8,5%)2) 24,5 Masse-%
    weitere Zuschläge (Wasser) 4,0 Masse-%
    Gesamtsumme 100,0 Masse-%
    davon Rohtonmenge 36,3 Masse-%
    davon Wassermenge für Tonschlicker (x = 8,5)2) 17,0 Masse-%
    davon ausschließlich Metakaolin für Binder 8,4 Masse-%
    2) x = Wasser (umverteilt) zur Anpassung der Konsistenz von Geopolymerbinder mit Tonschlicker und Ziegelmehl. Zusammensetzung für den Geopolymerbinder B
    Metakoalin oder Aktivton 34,25 Masse-%
    Natronwasserglas (40%ig) 4,78 Masse-%
    NaOH (100%ig) 9,61 Masse-%
    Wasser (x = 8,5%)2) 51,36 Masse-%
    2) x = Wasser (umverteilt) zur Anpassung der Konsistenz von Geopolymerbinder mit Tonschlicker und Ziegelmehl.
  • Durch Ansteifen des Schlickers wird die Handhabbarkeit der Rohlinge (Ausschalen, Transport) unabhängig von deren Trocknung erreicht.
  • Modifizierung der Druckfestigkeit in Abhängigkeit von der Rohdichte
    • Stufe 1: Austausch von Metakaolin bis zu 100% durch Aktivton
    • Stufe 2: Erhöhung des Tonschlickeranteiles
    • Stufe 3: Variation im Anmachwassergehalt
  • Die jeweilige Verwendung von Ziegelmehl erfüllt nur den üblichen Zweck einer Abmagerung und der Konsistenzeinstellung (ansteifen) keramischer Massen, wie dies bereits beispielsweise in der DE 101 11 487 A1 beschrieben wurde.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung geformter Bauelemente aus Schaumton, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tonmasse aus 33,6 Masse-% Tonschlicker mit einem Masseverhältnis von Ton zu Wasser von 68:32, 0,3 Masse-% Schaumbildner SB 1, 15,5 Masse-% Geopolymerbildner, 35,3 Masse-% Blähglasgranulat zweier Fraktionen im Masseverhältnis 1:1, 5,1 Masse-% Ziegelmehl von 0 mm bis 1 mm und 10,2 Masse-% Wasser in an sich bekannter Weise geschäumt, geformt, getrocknet und bei mindestens 925°C gebrannt wird, wobei ein Geopolymerbinder mit 34,25 Masse-% Metakoalin oder Aktivton, 4,78 Masse-% 40%iges Natronwasserglas, 9,61 Masse-% 100%iges NaOH und 51,36 Masse-% Wasser verwendet wird, und wobei die Handhabbarkeit der Rohlinge durch Ansteifen des Schlickers, sowie die Druckfestigkeit der Bauelemente in Stufen durch 1. Erhöhung der Brenntemperatur größer als 925°C, 2. Variation des Anmachwassergehaltes, modifiziert werden kann.
  2. Verfahren zur Herstellung geformter Bauelemente aus Schaumton, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tonmasse aus 53,3 Masse-% Tonschlicker mit einem Masseverhältnis von Ton zu Wasser von 68,2:31,8, 0,5 Masse-% Schaumbildner SB 1, 24,5 Masse-% Geopolymerbildner, 9,6 Masse-% Blähglasgranulat zweier Fraktionen im Masseverhältnis 1:1, 8,1 Masse-% Ziegelmehl von 0 mm bis 1 mm und 4 Masse-% Wasser in an sich bekannter Weise geschäumt, geformt, getrocknet und bei mindestens 925°C gebrannt wird, wobei ein Geopolymerbinder mit 34,25 Masse-% Metakoalin oder Aktivton, 4,78 Masse-% 40%iges Natronwasserglas, 9,61 Masse-% 100%iges NaOH und 51,36 Masse-% Wasser verwendet wird, und wobei die Handhabbarkeit der Rohlinge durch Ansteifen des Schlickers, sowie die Druckfestigkeit der Bauelemente in Stufen durch 1. Austausch von Metakoalin bis zu 100% durch Aktivton, 2. Erhöhung des Tonschlickeranteiles, 3. Variation des Anmachwassergehaltes modifiziert werden kann.
  3. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blähglasgranulat eine Körnung von 0,25 bis 1 mm und eine Porosität von 70 bis 90% hat
  4. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Blähglasgranulates, das aus Abfallglas, vorzugsweise aus Behälterglas, Flachglas oder Gemischen derselben hergestellt ist.
  5. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geformten Bauelemente im Schnellbrandverfahren fertiggestellt werden.
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