DE3507375C2

DE3507375C2 -

Info

Publication number: DE3507375C2
Application number: DE3507375A
Authority: DE
Inventors: Christian Schlegel; Henning Dr.-Ing. Dr. 5000 Koeln De Salge
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1985-03-02
Filing date: 1985-03-02
Publication date: 1987-10-22
Also published as: DE3668205D1; EP0193790B1; ATE49442T1; DE3507375A1; EP0193790A2; EP0193790A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft 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-Körner können durch Reaktion mit Wasser und CO₂ zu Absprengungen an der Ziegeloberfläche führen.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, diese Tonziegel zu verbessern. So ist es z. B. durch Erhöhung der Brenntemperatur unter Umständen möglich, die Wasseraufnahme der Ziegel zu verringern. Wegen der meist sehr engen Sinterintervalle 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 (siehe W. Hinz, Silikate, Bd. II, S. 211 [1971], VEB Verlag f. Bauwesen), 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.

Aus der US-Patentschrift 36 28 989 ist z. B. bekannt, keramische Körper zu glasieren, indem der getrocknete keramische Körper mit einer Glasur versehen wird, die neben Fritten auch Rohstoffe wie z. B. 25 bis 35% Ton enthält.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, ein verbessertes Ton-Ziegelmaterial zur Verfügung zu stellen, das praktisch kein Wasseraufnahmevermögen besitzt und nicht glasiert werden soll, sondern es im Grundsatz gestattet, ohne sichtbare Veränderung des Aussehens,

- mindere Rohstoffe, vor allem solche, die grobe Kalkeinschlüsse oder unerwünschteBrennfarben aufweisen, zu verwenden,
- die Frostbeständigkeit zu verbessern und
- die Brennweise mit punkt- oder sogar flächenmäßiger Berührung der Ziegel beizubehalten.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind nun verbesserte Ton-Ziegelmaterialien, insbesondere Dachziegel, mit einer wasserdichten Beschichtung, 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 typtische 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°C^-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 Engobeschicht wird die Wasseraufnahme praktisch auf Null gebracht. Das hat zwei wichitge 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 ihr 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.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) der Engobe kann um bis zu 4 · 10^-7°C^-1 niedriger als der WAK der Ziegelmasse sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der WAK der Engobe identisch mit dem WAK der Ziegelmasse. 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 daß 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.

Beispiel

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 Illit, 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 Brennschwindung betrug 6%.

Die glasartige Zwischenschicht bestand zu 90% aus einer Fritte folgender Zusammensetzung sowie 10% geschlämmten Kaolin:

SiO₂56 B₂O₃17 Al₂O₃12 K₂O 4 CaO11

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:

SiO₂56 B₂O₃26 Al₂O₃ 4 Na₂O11 BaO 3

Der Ton FTRA hat unter den oben genannten Brennbedingungen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten 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 1550 g/l eingestellt. Die Mahlfeinheit entsprach 1 Gew.-% Rückstand auf dem 10 000er Maschensieb. Die Auftragsstärke betrug 3 g/100 cm².

Das Litergewicht des Schlickers der Engobe betrug 1300 g/l. Die Mahlfeinheit entsprach 6 Gew.-% Rückstand auf dem 16 900er 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

1. Ziegelmaterial, insbesondere Dachziegel, mit 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 auf den Ziegelton eine glasartige Zwischenschicht und anschließend eine Engobeschicht aufgebracht und nach Zwischentrocknung das Material bei Temperaturen zwischen 900 und 1100°C gebrannt wird.