Wandbausteine
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Wandbausteine
ZIEGEL Geschichtliches Wandbausteine aus Ziegel sind das älteste wasserbeständige und künstlich hergestellte Baumaterial für die Herstellung von Wänden. Lange vor der Entdeckung, daß man Lehm durch Brennen wasserbeständig machen kann, wurde (und wird auch heute noch) ungebrannter Lehm für Mauerwerk verwendet. Lehm hat jedoch den Nachteil, daß er durch Aufnahme von Wasser wieder erweicht. Der Name "Ziegel" kann von dem lateinischen Wort „tegula“ abgeleitet werden. Mit „tegula“ haben die Römer ihre aus Ton gebrannten Dachziegel bezeichnet. Der alte ägyptische Name für einen aus Lehm geformten Mauerstein war "meschenet". Im Grab des "Rechmireh" in Ägypten, sind Wandmalereien aus der Zeit um 1450 v. Chr. erhalten, auf der die Herstellung und Verarbeitung von Ziegeln dargestellt ist. Gebrannte Ziegel aus der Zeit um 4000 v. Chr. sind aus dem Land zwischen Euphrat und Tigris aus Babylon bekannt. In verschiedenen Farben gebrannte und glasierte Ziegel wurden um etwa 3000 v. Chr. für die Stadtmauer in Babylon verwendet. Auch der Turm von Babel, begonnen um etwa 2000 v. Chr., war aus Ziegeln gebaut. Es sollen 85 Millionen gewesen sein. An vielen bekannten Baudenkmälern dieser frühen Kulturepochen in Ägypten, in Persien, in Indien und später auch in China kann die Verwendung von gebrannten Ziegeln nachgewiesen werden. Zu ingenieurmäßigen Meisterleistungen wie Viadukten, Gewölben und Kuppeln haben die Römer die Ziegelherstellung weiter kultiviert. Die Römer waren es auch, die den Ziegel nach Deutschland gebracht haben. Insbesondere in Trier, einer Residenz des römischen Kaisers, sind bedeutende Ziegelbauten, wie z. B. die unter Kaiser Konstantin erbaute Basilika aus den Jahren 306 bis 337 n. Chr., erhalten. Eine besondere Blüte erreichte die Ziegelbaukunst in der sogenannten „Backsteingotik“. Aus dem lehmreichen, norddeutschen Raum um Brannenburg, Ratzeburg, Lübeck oder Lüneburg sind uns aus dem 12. Jahrhundert großartige Baudenkmäler für sakrale und profane Zwecke bereits seit dem 12. Jahrhundert überliefert. Das höchste Bauwerk, das jemals aus Ziegeln errichtet wurde, ist der Turm der spätgotischen St. Martinskirche in Landshut. Er erreicht eine Höhe von 132 m. Um 1500 n. Chr. wurde er fertiggestellt. In dem lehmreichen, tertiären Hügelland findet man viele spätgotische Backsteinbauten, deren Sichtmauerwerk bis heute in bester Form erhalten ist. Die Türme der Münchener Frauenkirche, fertiggestellt um 1525, bilden den Abschluß dieser Periode. Ab dem 17. Jahrhundert wird Ziegelmauerwerk verputzt und verkleidet. In der Neugotik im 19. Jahrhundert wurden gotische Backsteinbauten nachgeahmt, und die „Moderne“ hat das Sichtmauerwerk wieder als Gestaltungselement entdeckt. Rohstoff Ziegel werden aus Lehm, einem weitgehend kalkfreien Gemisch aus Ton und Sand mit reichlich Eisenhydroxid, hergestellt. Ton und Sand sind die feinsten Verwitterungsprodukte von Feldspat und Quarz. Ton ist die Bezeichnung für die in Böden kleinste gemessene Korngröße von 0,002 mm und besteht aus einem Gemenge von Quarz, Feldspäten, Glimmer, Resten von kalkigen Organismen und organischen Substanzen sowie feinstkörnigen, nur im Elektronenmikroskop erkennbaren Tonmineralien. Diese Tonminerale sind keine Verwitterungsreste, sondern mineralische Neubildungen, die sich aus den z.B. in Feldspat enthaltenen Elementen Silizium und Aluminium unter reichlicher Wasserbindung gebildet haben. Wichtige Tonmineralien sind z.B. Kaolinit, Montmorillonit und Illit. Sie unterscheiden sich in den Anteilen von Aluminium und der gebundenen Wassermenge. Alle Eigenschaften der Ziegel oder aller anderen Tonmateralien, wie leichte Formbarkeit, hohe Trockenfestigkeit und geringe Rohdichte des gebrannten Produktes, sind mit der Struktur der Tonmineralien erklärbar. Schwinden und Quellen von Tonmineralien (nach Krenkler) gequollener Ton Die Räume zwischen den Mineralblättchen sind mit Wasser gefüllt. getrockneter Ton Zwischen den sich gegenseitig versperrenden Mineralblättchen bleiben Hohlräume übrig, die Kapillaren bilden. Tonmineralien bilden flächige Kristalle mit Durchmesser von 0,2 bis 1 µm und einer Dicke von 1/100 µm (1 µm = 1/1000 mm). An diesen kleinen Teilchen, mit ihrer durch die BIättchenstruktur besonders großen Oberfläche, die bei einer Masse von 1 Gramm ca. 20 m² ergibt, können viele Wassermoleküle gebunden werden. Ist zwischen den Teilchen eine Schicht aus nur wenigen Wassermolekülen vorhanden, werden diese dadurch so fest aneinander gebunden, daß druckfeste Lehmziegel entstehen. Die Dicke dieses zwischen den Teilchen befindlichen und nicht beweglichen Wassers schwankt zwischen 2 bis 6 Molekülschichten. Das Volumen des Tons schwankt in Abhängigkeit des in ihm gebundenen Wasseranteils. Er quillt und schwindet. Ein besonders quellfähiger Ton ist Bentonit mit einem hohen Anteil an flächigen Montmorillonit-Mineralien. Bentonit kann das Fünf- bis Sechsfache seines Gewichts an Wasser aufnehmen und dabei sein Volumen bis auf das Zehnfache vergrößern. Bentonit wird deshalb für Dichtungszwecke im Bauwesen eingesetzt. Je mehr Wasser zwischen den Tonblättchen enthalten ist, um so leichter lassen sich diese verschieben, um so leichter ist der Ton formbar. Verdunstet das Wasser, verkeilen sich die Mineralblättchen, und es bildet sich eine aus feinsten Hohlräumen bestehende Struktur. Diese Kapillarstruktur verleiht dem Ton eine hohe Wasseraufnahme- und -abgabefähigkeit sowie eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Neben den in den Tonmineralien enthaltenen Alumosilikathydraten sind in dem Tongemenge eine Reihe anderer Moleküle, insbesondere Eisen(III)-Oxidhydrat Fe2O3 . H2O, aber auch Mangan-, Magnesium-, Titan-, Phosphor- und andere Oxide bzw. Hydrate enthalten. Ist auch Kalk enthalten, spricht man von Mergel. Das Eisen(III)-Oxidhydrat verleiht dem Ton die braune Farbe. Beim Brennen entsteht daraus Eisenoxid (Fe2O3), das dem Ziegel die typische rote Farbe verleiht. Ist beim Brennen zuwenig Sauerstoff vorhanden, entsteht Eisen(II)-oxid mit einer blaugrauen bis schwarzen Farbe (reduziertes Brennen). Die Farbe eines Ziegels kann durch die Beigabe verschiedener Metalloxide beeinflußt werden. Bei Vorhandensein von Kalk entsteht ein gelber, mit Mangan ein brauner und mit Graphit ein grauer Ziegel. Herstellung Die Herstellung der Ziegel kann in folgende Hauptphasen gegliedert werden: a) Rohstoffgewinnung b) Aufbereitung c) Formen d) Härten e) Verpacken f ) Zwischenlagern Rohstoffgewinnung Der Abbau der Lehmvorkommen erfolgt mit Schaufel- oder Eimerkettenbaggern und wird, je nach Entfernung der Tongrube, zum Ziegelwerk per LKW oder mit Förderbädern transportiert. Aufbereitung Bei der Aufbereitung werden die oft aus verschiedenen Lehmgruben stammenden Materialien gemischt und in einem sogenannten „Kollergang“ – einem Walzwerk– gewalzt. Hierbei werden gröbere Sandbestandteile zerkleinert. In einem Silo wird der Ton zur Homogenisierung zwischengelagert, anschließend evtl. zur Farbbeeinflussung mit Metalloxiden versetzt. Für die Herstellung von Leichtziegeln wird Porisierungsmittel aus Sägemehl oder Styropor zugegeben. Formen Bis zur Erfindung der ersten Ziegelmaschinen Anfang des 19. Jahrhunderts wurde der von Hand geknetete Lehm in Holzformen „geschlagen" und mit einem „Streichholz" oder einem „Bogen mit Draht" abgezogen. Auf diese Weise konnte ein geübter „Ziegelstreicher“ in 12 Stunden etwa 1200 Mauersteine herstellen. Von einem besonders starken Ziegelstreicher wird aus Frankreich um das Jahr 1800 berichtet, „daß er von Auf- bis Niedergang der Sonne mehr als ein drei und ein halb Klafter Erde, d.h. 15000 bis 18000 Ziegel, in einer Form verarbeitete"!? In einer kleinen Handstrichziegelei des 19. Jahrhunderts wurden etwa 1 Million Normziegel pro Jahr hergestellt. In einem modernen Ziegelwerk können heute um die 100 Millionen Normalformatziegel pro Jahr produziert werden. Die Größe der Ziegel wurde von Anfang an für das bei einem einhändigen Versetzen erforderliche „handliche" Format und der für eine gleichmäßige Austrocknung möglichen Tonmasse bestimmt. Bei den Ägyptern wurden Ziegel mit einer Größe von L/B/H mit 23/11,5/5 cm bis hin zu 36/18/13 cm hergestellt. Das kleinere Maß entspricht ziemlich genau unserem heutigen Dünnformat mit 24/11,5/5,2 cm und hat sich somit über 4000 Jahre bewährt. Heute erfolgt die Formgebung in „Vakuumstrangpressen", deren Mundstück für die Herstellung verschiedener Ziegelgrößen ausgewechselt werden kann. Der aus der Strangpresse kommende Endlosstrang wird mit Drahtschneidern in die gewünschte Ziegelhöhe zerteilt. Härten Trocknen Zur Härtung muß als erstes dem durch das Pressen hergestellten „Rohling" das zum Formen erforderliche Wasser so langsam entzogen werden, daß es zu keiner Rissebildung oder Verkrümmung kommt. Er darf dabei außen nicht schneller trocknen als innen. Bei diesem „Trocknen“ wird dem Lehm das frei bewegliche Wasser entzogen. Er wird dadurch fest und hart, aber bei Zugabe von Wasser wieder weich. Bis zur Erfindung der mechanisch belüfteten Trockenkammern in der 2. Hälfte dieses Jahrhunderts mußten die Ziegel an überdachten Lagerplätzen, sogenannten „Ziegelstadeln", an der Luft getrocknet werden. Dabei war ständig dafür zu sorgen, daß die Rohlinge weder durch zu starken Luftzug noch durch zu starke Temperatureinwirkung an der Oberfläche zu schnell austrockneten. Brennen Beim Brennen wird sowohl das physikalisch gebundene Adsorptionswasser sowie das in den Tonmineralien enthaltene Kristallwasser entfernt. Erst dadurch wird die Wasserbeständigkeit erreicht. Hierzu ist eine Temperatur von mindestens 400 bis 500 °C erforderlich. Die bei diesen Temperaturen gebrannten Steine sind noch relativ weich. Erst bei höheren Temperaturen von 800 bis 1000 °C entstehen zwischen den Oberflächen der Teilchen chemische Verbindungen, die dem Ziegel eine höhere Festigkeit verleihen. Sintern Brennt man bei noch höheren Temperaturen von ca. 1200 °C, beginnen die Oberflächen der Teilchen zu schmelzen, man bezeichnet dies mit „Sintern". Hierbei entstehen die besonders harten „Klinker“. Bei dem Sinterprozeß entstehen neue Kristallstrukturen. Weiterhin verringert sich die Kapillarität durch „Zusammenziehen" des Materials. Dadurch wird die Wasseraufnahmefähigkeit des Klinker-Ziegels verringert. Bis zu Beginn des Industriezeitalters wurden die Ziegel vorwiegend in „Meilern", also aus über einem Brennmaterial aus Holz, Torf, Steinkohle, Stroh oder Heidelbeerstauden aufgeschichteten Rohlingen oder in kleineren Mengen in Öfen gebrannt. Etwa um 1840 wurde der "Ringofen" erfunden, der aus ringförmig um einen zentralen Kamin angeordneten Brennkammern besteht. In diesen mit getrockneten Ziegeln gefüllten Brennkammern wurde das Feuer von Kammer zu Kammer versetzt, so daß die an einer Stelle in den Kamin eindringende Abluft die vor dem Feuer befindlichen Kammern erwärmte und die an einer anderen Stelle zugeführte Frischluft die hinter dem Feuer liegenden Kammern kühlte. Auf diese Weisen war in einem kontinuierlichen Prozeß das langsame Erwärmen, das Brennen und das langsame Abkühlen der Ziegelsteine möglich. Heute erfolgt das Brennen kontinuierlich in bis zu über 100 m langen Tunnelöfen, auch mit Vorwärm-, Brenn- und Abkühlzone. Sortieren/Verpacken Nach dem Brennen werden die Ziegel sortiert und ihre Eigenschaften (Druckfestigkeit, Rohdichte, Abmessungen) in Eigen- und Fremdüberwachung stichprobenartig geprüft. Anschließend werden sie zur besseren Transportfähigkeit palettenweise in Kunststoffolien eingeschweißt. Lagern Da die Brennöfen (außer zu dringenden Reparaturzwecken) nicht abgeschaltet, sondern immer gleichmäßig bestückt werden sollen, werden Ziegel das ganze Jahr über hergestellt. Zumindest die in den Wintermonaten produzierte Ware muß deshalb zwischengelagert werden. Hierfür sind entsprechend großer Lagerplätze erforderlich. Sorten Das Herstellungsverfahren ist in allen Phasen modifizierbar, so daß Ziegel für eine breite Palette spezieller Anforderungen hergestellt werden können. Ziegelarten Bezeichnung Mauerziegel Hochlochziegel Vormauerziegel Vormauerhochlochziegel Klinker Hochlochklinker Kurzzeichen Mz Hlz VMz VHLz KMz KHLz Für andere Anwendungszwecke, z.B. Geschoßdecken, gibt es Langlochziegel und Leichtlanglochziegelplatten. Die für die Herstellung und Verarbeitung relevanten Eigenschaften wie Abmessung, Lochung, Druckfestigkeit und Rohdichte sind in der DIN 105 genormt. Um bei Bestellungen Verwechslungen auszuschließen, soll in Leistungstexten und bei Materialangaben in PIänen die genormte Bezeichnung verwendet werden. Die Bezeichnung hat folgenden Aufbau: DIN Blatt-Nr. Teil 2 Kurzzeichen DIN 105 DIN-Nr Hlz W 6 Rohdichteklasse (t/m3) – Druckfestigkeitsklasse (N/mm2) 0,8 – Wanddicke (mm) 10 DF (300) Format Erläuterung der Kurzbezeichnung Blatt-Nr. Richtet sich nach der Ziegelart. Es gibt: Teil 1 Vollziegel und Hochlochziegel einschl. Vormauerziegel, Klinker und Mauertafelziegel Teil 2 Leichthochlochziegel Teil 3 Hochfeste Ziegel und hochfeste Klinker Teil 4 Keramikklinker Teil 5 Leichtlanglochziegel und Leichtlangloch-Ziegelplatten DIN Nr. Ist für Ziegel immer 105. Kurzzeichen Bezieht sich auf die Ziegelart und kann noch die Abkürzung für Lochgröße A, B, C bzw. W haben. W für die nach DIN 4108 kleinere Wärmeleitzahl bei gleicher Rohdichte. Druckfestigkeitsklasse Gibt die niedrigste zulässige Druckfestigkeit in N/mm² an. Druckfestigkeitsklassen nach DIN 105 Druckfestigkeit in N/mm² Mittelwert kleinster Einzelwert 2,5 2,0 5,0 4,0 7,5 6,0 10,0 8,0 15,0 12,0 25,0 20,0 35,0 28,0 45,0 36,0 60,0 48,0 75,0 60,0 Farbkennzeichnung grün blau rot Stempel schwarz -----gelb braun violett 2 schwarze Streifen 3 schwarze Streifen Rohdichte Bezeichnet die Dichte des Ziegels, die sich aus seinem Trockengewicht und seinem aus den äußeren Abmessungen, also einschließlich Löchern, berechnete Volumen ergibt. Rohdichteklassen nach DIN 105 Ziegelart Leichthochlochziegel Leichtlanglochziegel und Ziegelplatten Vollziegel und Lochziegel Hochfeste Ziegel und Klinker Keramikklinker Rohdichteklasse (kg/dm³) 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 Die Rohdichte gibt einen Hinweis auf die Wärmedämmeigenschaften. Diese wird aber zusätzlich von Lochform und Lochanordnung des Ziegels sowie von dem verwendeten Mauermörtel bestimmt. Format Gibt die Größe des Ziegels in der Anzahl an Dünnformaten an, die in ihm enthalten sind. Da die Ziegellänge bei großformatigen Steinen kleiner sein kann als die Breite, ist bei manchen Formaten die Angabe der Breite (= Wanddicke) erforderlich. Ziegelarten Merkmale und Eigenschaften Anwendung Mauerziegel Mz Nicht frostbeständiger Vollziegel mit bis zu 15 % Lochanteil. Geringe Warmedämmung Rohdichte 1,6 – 1,8 kg/dm³ Druckfestigkeit bis 28 N/mm² Wände mit hohem Schallschutz, Wohnungstrennwände Hochlochziegel Hlz Nicht frostbeständiger Ziegel mit einem Lochanteil über 15 %. Mittlere Wärmedämmung Rohdichte 1,2 – 1,4 kg/dm³ Druckfestigkeit bis 12 N/mm² Mit porosierten Scherben als Leichthochlochziegel. Gute Wärmedämmung Rohdichte 0,6 – 1,0 kg/dm³ Druckfestigkeit 6 bis 12 N/mm² Innenwände Außenwände und wärmedämmende Trennwände, Vormauerziegel VMz Frostbeständiger Vollziegel mit bis zu 15 % Lochanteil. Geringe Wärmedämmung Rohdichte 1,8 – 2,4 kg/dm³ Druckfestigkeit bis 48 N/mm² Sichtmauerwerk Merkmale und Eigenschaften Anwendung Vormauerhochlochziegel VHLz Frostbeständiger Hochlochziegel, leichter als VMz, daher billiger. Bei starkem Schlagregen können sich die Löcher mit Wasser füllen. Sonst wie VMz. Rohdichte 1,6 – 1,8 kg/dm³ Druckfestigkeit bis 48 N/mm² Sichtmauerwerk in Bereichen mit Schlagregenbeanspruchung. Klinker Mauerziegel KMz Gesinterter Vollziegel mit bis zu 15 % Lochanteil. Geringe Wärmedämmung. Sehr dichte Oberfläche Rohdichte 1,8 – 2,4 kg/dm³ Druckfestigkeit bis 60 N/mm² Geringe Kapillarität, daher geringe Wasseraufnahme. Die Wasseraufnahme der Klinker liegt bei etwa 15 g/dm². Zur Prüfung wird der trockene Ziegel mit der Lagerfläche 1 Minute in ein Wasserbad von 1 cm Höhe gelegt. Die dabei erfolgte Gewichtszunahme wird auf 1 dm² Lagerfläche bezogen. Sichtmauerwerk mit hohen Anforderungen an die Druckfestigkeit und Schlagregen, auch unter Erdreich. Merkmale und Eigenschaften Anwendung Klinkerhochlochziegel KHlz Gesinterter Hochlochziegel Rohdichte 1,8 – 1,8 kg/dm³ Sonst wie KMz. Wie KMz, jedoch nicht für Bauteile unter Erdreich. KALKSANDSTEINE Geschichtliches In sandreichen Gebieten bestand schon immer der Wunsch, aus dem vorhandenen Rohstoff handliche Wandbausteine wie aus Ton herzustellen. Während sich aber die feinen Tonminerale mit dünnen Wasserschichten zu einer festen Masse binden, ist dies bei dem wesentlich grobkörnigeren Sand nicht möglich. Für die Verbindung der Körner wäre ein selbsthärtendes Bindemittel erforderlich, das diese zu einer ausreichend festen Masse verklebt. Mit dem bis zum Anfang des Industriezeitalters ausschließlich zur Verfügung stehenden Luftkalk war dies nicht möglich. Aber auch mit hochhydraulischem Kalk und Zement kann wegen der erforderlichen großen Bindemittelmenge ein Wandbaustein aus Sand nicht wirtschaftlich hergestellt werden. Erst als die Chemiker entdeckt hatten, daß Quarz (SiO2) und Kalkhydrat (Ca(OH)2) sich unter hohem Druck mit heißem Dampf zu „Kalziumsilikathydrat" verbinden, wurde der Kalksandstein erfunden. Die Herstellung von Kalksandstein geht auf ein Verfahren zurück, das in Deutschland von Michaelis entwickelt und 1880 patentiert wurde. Nach diesem Verfahren wird erdfeuchter Kalk-Sand-Mörtel in gesättigter Dampfdruckatmosphäre gehärtet. Es entstehen dabei druckfeste und sehr widerstandsfähige Verbindungen. In der Folgezeit wurde dieses Verfahren kombiniert mit der Formung des Mischguts zu Mauersteinen durch leistungsfähige, motorgetriebene Pressen. Das Prinzip dieses Verfahrens von Michaelis wurde zur Basis für die Herstellung auch anderer dampfgehärteter Baustoffe. Da der Bedarf an Baustoffen zu dieser Zeit sehr groß war, entstanden in den 90er Jahren des 19. Jahrhunderts die ersten Kalksandsteinwerke, die eine Produktion von Kalksandsteinen in industriellem Maßstab ermöglichten. Um 1900 bestanden 80 Werke, in denen über 300 Mio. Steine pro Jahr hergestellt wurden. In einem Güteübereinkommen der Kalksandsteinwerke von 1902 wurde festgelegt, daß nur Steine mit einer Mindestfestigkeit von 14 N/mm² (140 kg/cm²) hergestellt werden sollen. 1905 erfolgt die Normung der Kalksandsteine in der Kalksandstein-Norm DIN 106 als erste Mauersteinnorm. Rohstoff Kalksandsteine werden aus Quarzsand und gemahlenem Branntkalk hergestellt. Weil silikatreicher Sand und Kalkstein in der Regel nicht am gleichen Ort vorkommen, wird der Kalk meist angeliefert. Herstellung Das Herstellen der Kalksandsteine kann in folgende Hauptphasen gegliedert werden: a) Rohstoffgewinnung b) Rohstoffaufbereitung c) Pressen d) Härten e) Verladen/Verpacken f) Transport Rohstoffgewinnung Die an der Erdoberfläche liegenden Sandvorkommen werden mit Baggern und Radladern abgebaut und zum Werk transportiert. Dort wird der Sand je nach Verwendungszweck gereinigt, gesiebt und anschließend mit Branntkalk und Wasser gemischt. Das Mischungsverhältnis beträgt 1 Teil Kalk und 12 Teile Sand. Der Branntkalk wird aus möglichst kalkreichem Gestein mit möglichst rückstandfreiem Brennmaterial hergestellt und anschließend fein gemahlen. Das beim Brennen des Kalksteins frei werdende C0 2 entweicht in die Atmosphäre. Rohstoffaufbereitung Das genau dosierte Gemisch aus Sand, Kalk und Wasser wird in sogenannten „Reaktoren" eingebracht, wo der Branntkalk in Gegenwart des Quarzsandes mit Wasser zu Kalkhydrat ablöscht. Pressen Das „Mischgut" aus Quarzsand und Kalkhydrat wird durch weitere Zugabe von Wasser auf die erforderliche „Preßfeuchte" eingestellt. Die Formgebung erfolgt in KS-Pressen, in denen das Mischgut mit hohem Druck in Einzelformen verdichtet wird. Die Steinrohlinge haben nach dem Pressen bereits ihre endgültige Form und sind für den Weitertransport standfest. Sie haben aber noch keine hohe Druckfestigkeit. Härten Die Druckfestigkeit bekommen die Kalksandsteine im „Dampfhärtekessel". Dort werden sie bei Temperaturen von 160 bis 220 °C 4 bis 8 Stunden einem Sattdampfdruck ausgesetzt. Durch das Klima im Dampfhärtekessel entstehen aus den Quarzsandteilchen und dem Kalkhydrat Kalziumsilikathydratminerale und damit eine feste Verbindung zwischen den Sandkörnern. Die Dichte des Materials ist durch die Abstufung verschiedener Korngrößen möglich, ergibt sich aber vorwiegend durch die Wahl des Lochbildes oder der Verwendung von leichtem vulkanischem Gestein. Der Energieaufwand für die Herstellung der Steine ist relativ gering (siehe Ökobilanz). Verpacken Anschließend werden sie zur besseren Transportfähigkeit oft in Kunststoffolien eingeschweißt. Verladen Nach dem Härten und Abkühlen sind die Kalksandsteine gebrauchsfertig. Greifzangen an großen, fahrbaren Portalkränen befördern die ganzen Steinstapel von den Loren zum Lagerplatz oder direkt auf den LKW für den Transport zur Baustelle oder zum Baustoffhandel. Sorten Das Herstellungsverfahren der Kalksandsteine ist durch die Sandauswahl, durch die Formgebung und den Preßdruck modifizierbar. Kalksandsteine können bezüglich ihrer Rohdichte und Druckfestigkeit in einer breiten Palette hergestellt werden. Überwachung Die Kalksandsteine werden einer ständigen werkseigenen Produktionskontrolle und einer Fremdüberwachung unterzogen. Diese wird durch den Güteschutz Kalksandstein e.V., Hannover, wahrgenommen. Folgende Kalksandsteinsorten sind genormt: Bezeichnung Mauerstein KS-Vollstein KS-Blockstein KS- Lochstein KS-Hohlblockstein KS-Vormauerstein KS-Vormauerlochstein KS-Verblender KS-Verblenderlochstein Kurzzeichen KS KS KS KSL KSL KS Vm KS VmL KS Vb KS VbL Die für die Herstellung und Verarbeitung relevanten Eigenschaften Abmessung, Lochung, Druckfestigkeit und Rohdichte sind in der DIN 106 genormt. DIN 106 T 1 Kalksandsteine, Vollsteine, Lochsteine, Blocksteine, Hohlblocksteine, T 2 Vormauersteine, Verblender. Um bei Bestellungen Verwechslungen auszuschließen, soll in Leistungstexten und bei Materialangaben in Plänen die genormte Bezeichnung verwendet werden. Die Bezeichnung hat folgenden Aufbau: Kurzzeichen DIN 106 DIN-Nr KSL 6 Rohdichteklasse (t/m3) – 1,2 – Druckfestigkeitsklasse (N/mm2) Wanddicke (mm) 10 DF (240) Format Erläuterung der Kurzbezeichnung DIN-Nr. Für Kalksandsteine 106. Kurzzeichen Bezieht sich auf die Art des Kalksandsteins (siehe Abkürzungen oben). Druckfestigkeitsklasse Genormt sind: 4; 6; 8; 12; 20; 28; 36; 48; 60 N/mm² Rohdichteklasse Bezeichnet die Dichte des Kalksandsteins in kg/dm³, die sich aus seinem Trockengewicht und seinem aus den äußeren Abmessungen, also einschließlich Löcher, berechneten Volumen ergibt. Genormt sind die Rohdichteklassen: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6;1,8; 2,0; 2,2 kg/dm³, Vollsteine gibt es in der Regel nur mit einer Rohdichte von 1,6 bis 2,0 kg/dm³, Lochsteine mit einer Rohdichte von 1,2 bis 1,4 kg/dm³, Hohlblocksteine in der Regel mit einer Rohdichte von 1,0 bis 1,4 kg/dm³. Rohdichten von 0,7 und 0,8 werden mit vulkanischem Silikatstein hergestellt. Format Gibt die Größe des Kalksandsteins in der Anzahl von Dünnformaten an, die in ihm enthalten sind. Kalksandsteinarten Merkmale und Eigenschaften Anwendung Vollsteine oder Blocksteine KS Lochanteil 15 % der Lagerfläche Vollstein = Steinhöhe < 113 mm Blockstein = Steinhöhe > 113 mm Tragendes und nichttragendes Mauerwerk KS-R Für rationelles Mauerwerk mit unvermörtelten Stoßfugen, mit Normalmörtel KS-R(P) Wie vor, jedoch mit Dünnbettmörtel Lochstein KS L Lochanteil > 15 % Steinhöhe < 113 mm Für tragendes und nichttragendes Mauerwerk KS L-R Für rationelles Mauerwerk mit unvermörtelten Stoßfugen, mit Normalmörtel KS L-R(P) Wie vor, jedoch mit Dünnbettmörtel Hohlblockstein KS L Wie Lochstein Steinhöhe > 113 mm wie KS L Vormauerstein KS Vm Frostbeständig Lochanteil 15 % Sichtmauerwerk Vormauerlochstein KS VmL Frostbeständig Lochanteil > 15 % Sichtmauerwerk im vor Schlagregen geschützten Bereich Verblender KS Vb Erhöhte Frostbeständigkeit und Maßgenauigkeit Lochanteil 15 % Sichtmauerwerk mit besonderen Ansprüchen, auch unter Erdreich Verblenderlochstein KS VbL Wie Verblender Lochanteil > 15 % Als weitere Formate werden KS-Quadro KS-Planelemente KS-Bauplatten hergestellt. wie Verblender, jedoch im vor Schlag regen geschützten Bereich PORENBETON Geschichtliches Die Erfindung, Sandkörner über die Bildung von Kalziumsilikathydrat miteinander zu verbinden, führte nicht nur zu dem schweren Kalksandstein, sondern auch zu dem zwar weniger druckfesten, aber hoch wärmedämmenden „Porenbeton“. Zu dem ersten Schritt, der festen Verbindung der Quarzkörner, mußte hierzu auch noch ein Verfahren zur Porosierung des Mörtels erfunden werden. Als erstes versuchte man, verdünnte Salzsäure mit Kalksteinmehl in Reaktion zu bringen und das dabei frei werdende CO2 als Schaumbildner zu verwenden. Ein verbessertes Verfahren wurde 1914 patentiert. Bei diesem erfolgte die Porosierung von Mörteln durch den bei der Reaktion von Kalkhydrat und Aluminiumpulver frei werdenden Wasserstoff. Eine solche Reaktion bläht den Mörtel gleichmäßig auf und macht ihn dadurch wärmedämmender. Gleichzeitig verringert sich aber seine Druckfestigkeit. Erst durch die Kombination beider Verfahren, Porosierung durch Kalk mit Aluminiumpulver und die Kalziumsilikathydratbildung bei der Dampfhärtung, führte 1927 in Skandinavien zum Porenbeton. Rohstoff Geeignet ist Sand mit über 80 % Si O2, also in erster Linie Quarzsand. Flugasche aus Steinkohlen- oder Braunkohlenfilter ist bei geringem Sulfatgehalt auch geeignet. Der Sand wird in Mühlen zementfein gemahlen. Als Bindemittel wird gemahlener Branntkalk und/oder Zement und zur Verbesserung der technischen Eigenschaften des Porenbetons, vor allem der Druckfestigkeit, auch Gips und Anhydrit beigegeben. Als Porosierungsmittel wird meist Aluminiumpulver eingesetzt. Herstellung Die Herstellung von Erzeugnissen aus Porenbeton kann in folgende Hauptphasen gegliedert werden: a) Rohstoffgewinnung b) Aufbereitung c) Formen d) Härten e) Verpacken f ) Zwischenlagern Rohstoffgewinnung Der Sand wird im Tagebau gewonnen und dem Werk über Förderbänder oder Loren, ggf. auch mit LKW zugeführt. Kalk und Zement werden meist nicht in unmittelbarer Nähe von Quarzsandvorkommen hergestellt und müssen deshalb über größere Entfernungen transportiert werden. Der Quarzsand wird in Kugelmühlen unter hohem Energieaufwand sehr fein gemahlen. Trotzdem ist aufgrund der bis zur fünffachen Baustoffmenge gegenüber dem ursprünglichen Rohstoffeinsatz der Primärenergieeinsatz gering. Aufbereitung Kalk und Zement werden zusammen mit dem fein gemahlenen Quarzsand und Aluminiumpulver über eine Dosiereinrichtung in einem Mischer zu einer wäßrigen Suspension gemischt. Durch das Mischungsverhältnis der Bestandteile kann die Rohdichte und somit auch die Festigkeit des Materials beeinflußt werden. (Rezeptur für Beton aus Porenhandbuch Seite 4, Abb. 1.2.3-3) Rohstoffe in kg/m³ quarzhaltiger Sand Kalk Zement Aluminiumpulver Wasser Anhydrit Rohdichte in kg/m³ 500 500 350 330 100 35 25 90 0,5 0,5 330 330 20 600 420 110 30 0,4 440 - Formen Das Rohstoffgemisch wird in Stahlformen gegossen, wo es durch den bei der Reaktion des Aluminiumpulvers mit dem Kalkhydrat entstehenden Wasserstoff auftreibt. Während des Treibens erfolgt gleichzeitig eine gewisse Verfestigung durch die Bindemittelanteile, so daß nach Abschluß dieses Vorganges ein standfester „Rohblock“ vorhanden ist. Dieser kann in einer Schneidanlage mit straff gespannten Stahldrähten in beliebig große Teile sehr exakt zerschnitten werden. Härten Das geschnittene Material wird auf speziellen Formenwagen oder Rosten in Härtekesseln (Autoklaven) einer ca. 6- bis 12stündigen Dampfhärtung bei 190 °C und einem Druck von 12 bar ausgesetzt. Bei dieser Behandlung wandeln sich die mehlfeinen Quarzteilchen zusammen mit dem Kalk und dem Zement vollständig in Kalziumsilikathydrate um. Durch diesen Herstel- lungsprozeß ist ein schaumiges Material entstanden, dessen Wandungen aus einem zementsteinähnlichen Gefüge besteht. Verpacken Nach der Härtung werden Wandbausteine aus Porenbeton für den Versand in eine Folie eingeschweißt und zwischengelagert. Neben Wandbausteinen werden auch großformatige Decken- und Wandelemente mit Stahlbewehrung hergestellt. Die fertigen Produkte werden durch Eigen- und Fremdüberwachung bezüglich der Rohstoffe, der Rohdichte und der Druckfestigkeit, des Nachschwinden, des Rostschutzes des Bewehrungstahls und der Maßhaltigkeit kontrolliert. Sorten Durch Modifizieren des Mischungsverhältnisses der Rohstoffe kann die Rohdichte und damit die Festigkeit des Porenbetons in weiten Bereichen eingestellt werden. Durch das Schneiden sind Blöcke und Platten in verschiedenen genormten Baumaßen möglich. Für die Herstellung von Mauerwerk wird Porenbeton in folgenden Ausführungsarten angeboten: Bezeichnung Blocksteine Bauplatten Plansteine Planbauplatten Kurzzeichen PB Ppl PP PPpl Die normgerechte Bezeichnung hat folgenden Aufbau: z.B. Planstein mit Nut und Feder Kurz- Rohdichtezeichen klasse Stoßfugenausbildung DIN 4165 PP 2 – 0,4 – 499 * 365 * 249 N+F DIN-Nr Druckfestigkeitsklasse Format Erläuterung der Kurzbezeichnung DIN-Nr. 4165 gilt für Blocksteine und Plansteine 4166 gilt für Bauplatten und Planbauplatten Kurzzeichen Für Blocksteine und Bauplatten PB/Pp l = Porenbeton-Blockstein Für Plansteine und Planbauplatten PP/PPpl = Porenbeton-Planstein (G leitet sich aus der alten Bezeichnung für „Gasbeton“ ab.) Druckfestigkeitsklasse Gibt die niedrigste Druckfestigkeit in N/mm² an Rohdichteklasse Bezeichnet die Dichte des Steins, die sich aus seinem Trockengewicht und seinen äußeren Abmessungen ergibt. Blocksteine und Bauplatten mit normaler Mörtelfuge von 10 mm gehen in ihrer Marktbedeutung immer mehr zurück. Im Handel werden vorwiegend nur noch Plansteine und Planbauplatten sowie größerformatige Planelemente (z.B. 1000 x 356 x 625 mm) angeboten, die mit einer Dünnbettmörtelfuge von 1mm verarbeitet werden. Folgende Werte sind genormt: Druckfestigkeitsklasse klasse N/mm² 2 4 6 8 Rohdichtekg/dm³ 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,7 0,8 0,8 0,9 1,0 Format Die Größe der Steine wird in der Reihenfolge Länge . Breite . Höhe in mm angegeben. Die Maße der Steine sind von der vorgesehenen Fugenausbildung abhängig. Folgende Ausbildungen sind bei Verwendung der entsprechenden Steine möglich: Blocksteine und Bauplatten Stoß- und Lagerfuge = 10 mm Übliche Maße Länge bis 615 mm Breite bis 365 mm1) Höhe Bauplatten 1) bis 240 50 - 100 mm mm Blocksteine mit Nut und Feder Stoßfuge = 1 mm Lagerfuge = 10 mm Übliche Maße Länge bis 624 mm Breite bis 275 mm2) Höhe bis 240 mm 2) Bauplatten 75 - 100 mm Plansteine und Planbauplatten Stoß- und Lagerfugen = 1 mm Übliche Maße Länge bis 749 mm Breite bis 365 mm3) Höhe bis 249 mm 3) Planbauplatten wie Bauplatten Steinsorten Allgemeine Eigenschaften Frostbeständigkeit Alle Porenbetonsteine sind frostgefährdet, wenn bei hohem Feuchtigkeitsgehalt die Poren mit Wasser gefüllt sind. Wasseraufnahme Die Struktur des Porenbetons besteht vorwiegend aus geschlossenen Poren von ca. 0,15 bis 2 mm und wenig Kapillaren. Dadurch nimmt er nur an der Oberfläche viel Wasser auf, gibt es aber unter normalen Bedingungen nur langsam kapillar in den Kern weiter. Umgekehrt ist aber eine kapillare Austrocknung nur möglich, solange ein ununterbrochener Wasserfaden zwischen innen und außen vorhanden ist. Ab einem Feuchtegehalt von < 15% erfolgt ein Austrocknen nur noch durch Verdunstung, danach durch Diffusion. Besondere Eigenschaften der einzelnen Steinsorten Merkmale und Eigenschaften Anwendung Blockstein G Mauerstein mit schnittrauher Oberfläche, wird mit Fugenmörtel vermauert Blockstein G mit Nut Wie vor, jedoch mit mörtelfreier Stoßfuge Verputztes Innenund Außenmauerwerk Merkmale und Eigenschaften Anwendung Bauplatten G mit und ohne Nut Wie Blocksteine Dicke 100 mm Nichttragendes Mauerwerk Planstein PP mit und ohne Nut Mauerstein mit planebener Oberfläche, Verlegung in Dünnbettmörtel (1-3 mm), dadurch bessere Wärmedämmung und höhere Druckfestigkeit des Mauerwerks Außen und Innenmauerwerk mit glatter Oberfläche Die Plansteintechnik entwickelt sich zunehmend weiter zur Plan- elementtechnik mit Steinformaten bis zu 1000 x 365 x 625 mm, die mit Versetzgeräten (Minikranen) verarbeitet werden. Daraus resultiert eine allgemeine Humanisierung der Mauerwerkstechnik, muskelschonend, Zeiteinsparung und Reduzierung der Baukosten. Weiterhin werden stahlbewehrte Dach- und Deckenplatten, Wandplatten (ausfachend), Wandtafeln (tragend) und Fertigteilstürze, U-Schalen, Mehrzwecksteine, Verblendschalen, Treppenstufen angeboten. Planbauplatten PPpl Wie Plansteine Dicke 100 mm Nichttragendes Mauerwerk BETONSTEINE Betonsteine aus Leichtbeton Hbl Geschichtliches Der nach dem 2. Weltkrieg in riesigen Mengen vorhandene Bauschutt ergab, zu Ziegelsplitt zerkleinert und mit Zement gebunden, geeignete Wandbausteine für den Wiederaufbau. Der Vorteil war, daß sie ohne großen technischen und energetischen Aufwand hergestellt werden konnten. Die Wärmedämmung war jedoch aufgrund der relativ hohen Rohdichte des Ziegelsplitts gering. Heute werden Leichtbetonsteine aus künstlich hergestellten oder in der Natur vorkommenden Leichtzuschlägen hergestellt. Vorwiegend sind dies Bims und Blähton. Rohstoff Blähton ist ein aus kalkreichem Ton hergestelltes und bis zur Sinterung gebranntes Granulat. Der hohe Porengehalt im gebrannten Ton entsteht durch das bei dem Brennen frei werdende CO2 der Kalkbestandteile. Das in verschiedenen Korngrößen herstellbare Tongranulat wird unter dem Namen Liapor (entsprechend dem geologischem Ursprung – Lias) an Lizenzfirmen vertrieben, die daraus Wandbausteine mit Zement als Bindemittel formen. Bims ist ein schaumiges Gesteinsglas, das sich bei Vulkanausbrüchen aus gasreicher zäher Lava durch schnelle Abkühlung gebildet hat. Künstlicher Bims kann auch aus Hochofenschlacke gewonnen werden. Für die Herstellung der Bimszuschläge ist somit keinerlei zusätzlicher Energieaufwand erforderlich. Herstellung Die Herstellung der Leichtbetonsteine kann in folgende Hauptphasen gegliedert werden: a) Rohstoffgewinnung b) Rohstoffaufbereitung c) Formen d) Härten Rohstoffgewinnung a) Blähton Der blähfähige Ton wird aus der Tongrube entnommen und mit Tonbrechern und Tonmühlen auf die entsprechende Konsistenz aufbereitet. Das Tonmehl wird zu Kugeln granuliert und in einem Drehofen bei ca. 1150 °C bis zur Sinterung gebrannt. b) Bims Natürlicher Bimsstein wird aus geeigneten vulkanischen Ablagerungen (in Deutschland z.B. in der Eifel) entnommen und auf die geeigneten Korngrößen gebrochen. Aufbereitung Die Zuschläge werden entweder aus gleich großen (haufwerks-porig) oder unterschiedlich großen Körnern (gemischtkörnig) mit Zement und Wasser gemischt. Formen Das Betongemisch wird in „Rüttelpressen“ aus Stahl zu den genormten Steinformaten gepreßt. Härten Das Härten erfolgt durch die Hydratation des Zements, das durch die Zufuhr von Heißdampf beschleunigt werden kann. Sorten Durch die Modifizierung der Korngrößen können die Steine bezüglich ihrer Rohdichte und Druckfestigkeit in einer breiten Palette hergestellt werden. Folgende Leichtbetonsteinsorten sind genormt: Bezeichnung Kurzzeichen Hohlblöcke aus Leichtbeton Hbl Vollsteine aus Leichtbeton V Vollblöcke aus Leichtbeton Vbl Hohlwandplatten aus Leichtbeton Hpl Wandplaten aus Leichtbeton Wpl Normen DIN 18 151 DIN 18 152 DIN 18 152 DIN 18 148 DIN 18 162 Festlegungen für Mauersteine: in DIN EN 771 E T 3 Teil 4 „Mauersteine aus Beton (dichte und porige Zuschläge)“. Merkmale und Eigenschaften Anwendung Hohlblocksteine Hbl nicht frostbeständig Die Anzahl der durch ca. 30 mm breite Stege getrennten Kammern in der Steinbreite ergibt die Unterteilung in Einkammerstein (K) bis Vierkammerstein (4K). Die Kammern sind durch Querstege unterteilt und mit einer ca. 15 mm dicken Abdeckung – zur Mörtelauflage – nach oben geschlossen. Verputztes Innenund Außenmauerwerk Druckfestigkeitsklassen Genormt sind: 2 bis 8 N/mm² Rohdichteklassen 0,5 bis 1,4 kg/dm³, Vollsteine und Vollblöcke V, Vbl Nicht frostbeständig Druckfestigkeitsklasse 2 bis 8 N/mm²; Rohdichteklasse Blähton 0,5 bis 2,0 kg/dm³; Bims 0,5 bis 1,2 kg/dm³ Vollsteine Steinhöhe bis 115 mm, mit und ohne Griffschlitze Vollblöcke Steinhöhe bis 238 mm, mit Schlitzen Hohlwandplatten aus Leichtbeton Hpl Nicht frostbeständig Druckfestigkeitsklasse Rohdichteklassenbreite Plattenmaße 2,5 N/mm² 0,6 bis 1,4 kg/dm³ L = 419 mm H = 238 bzw. 155 mm B (Wanddicke) = 100 bzw. 115 mm Wandbauplatten Wpl Nicht frostbeständig Biege- und Zugfestigkeit bis 1 N/mm² Rohdichteklassenbreite 0,8 bis 1,4 kg/dm³ Plattenmaße B (Wanddicke) = 50, 60, 70, 100 mm L/H (bei B = 10 bis 70 mm) = 990/320 und 990/240 mm (bei B = 100 mm) = 490/240 mm Erläuterung der Kurzbezeichnung Die Bezeichnung für Hohlblocksteine bzw. Vollsteine und Vollblöcke ist wie folgt aufgebaut: DIN Nr. DIN 18151 - 3K Anzahl der Kammern Kurzzeichen Hbl Rohdichteklasse (t/m3) 4 – Druckfestigkeitsklasse (N/mm2) 0,9 – Wanddicke (mm) 12 DF 240 Format Beispiel für einen Dreikammerstein aus Leichtbeton (Hbl) mit der Druckfestigkeitsklasse 4, Rohdichteklasse 0,9, dem Format 12 DF und einer Wandbreite von 24 cm. Die Bezeichnung für Hohlwandplatten und Wandbauplatten ist wie folgt aufgebaut: Hpl 0,8 – 12,5 DIN18 148 für eine Hohlwandplatte aus Leichtbeton mit der Rohdichte von 0,8 und einer Wanddicke von 12,5 cm. Kurzzeichen für Wandbauplatten: Wpl 1,2 – 7 – 990 DIN 18 162 für eine Wandbauplatte mit der Rohdichte von 1,2, dem Format 7 = 70 mm dick und der Länge von 990 mm. In spezieller Ausführung können Blähtonsteine auch für Sichtmauerwerk hergestellt werden. Weiterhin gehören Fertigteile für Wände, Decken und Dächer zum Fertigungsprogramm verschiedener Firmen. Hohlblockbetonsteine aus Normalbeton Hbn Für nicht wärmedämmendes Mauerwerk werden Hohlblocksteine aus Normalbeton in ähnlichen Formaten wie –Leichtbetonsteine hergestellt. Als Rohstoff wird haufwerks- oder geschlossenporiger gemischter Sand verwendet. Die weitere Herstellung entspricht der von Leichtbetonsteinen. Sorten Die Größe der Hohlblocksteine ist auf ein für das Versetzen zumutbares Gewicht beschränkt. Neben normalen Wandbausteinen werden auch spezielle Steine für Sichtmauerwerk hergestellt. Auch gibt es Steine mit eingelegter Wärmedämmung aus EPS sowie Schalungssteine, die für spezielle Anwendungsgebiete (z.B. Schallschutz, Brandschutz) mit Beton ausgefüllt werden. Druckfestigkeitsklassen Genormt sind: 4 bis 12 N/mm² Rohdichteklassen 1,2; 1,4; 1,6; 1,8 kg/dm³ Erläuterung der Kurzbezeichnung DIN Nr. DIN 18151 - 4 K Anzahl der Kammern Kurzzeichen Hbn Rohdichteklasse (t/m3) 6 – Druckfestigkeitsklasse (N/mm2) 1,6 – Wanddicke (mm) 12 DF 365 Format Beispiel für einen 4 Kammerstein aus Normalbeton (Hbn) mit der Druckfestigkeitsklasse 6, Rohdichteklasse 1,6, Format 12 DF und einer Wandbreite von 36,5 cm.