Poren- und Hohlraumbildung in der Endphase der Trocknung von mit quellfähigen Zusatzstoffen versetzten Ziegelrohlingen - Ziegelindustrie International

Poren- und Hohlraumbildung in der Endphase der Trocknung von mit quellfähigen Zusatzstoffen versetzten Ziegelrohlingen

Forschungsprojekt der Forschungsgemeinschaft

der Ziegelindustrie e.V. (FGZ) ProjektnummerAiF16424 N ProjektfördererBMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

„Otto von Guericke“ e.V. (AiF)DurchführungInstitut für Ziegelforschung Essen e.V. (IZF) ProjektleiterinDr.-Ing. Anne Tretau

1 Hintergrund und Problemstellung

Die organischen Zusatzstoffe Papierfangstoff und Sägespäne werden zur Poren- und Hohlraumbildung bei der Hochlochziegelherstellung eingesetzt. Die Zugabemenge dieser Porosierungsstoffe ist aus energetischer Sicht begrenzt. Papierfangsstoff und  Sägespäne sind Holzderivate. Das Quellverhalten von Holz ist stark richtungsabhängig und kann bis zu 5 % betragen. Dabei nimmt das Holz um 30 Masse-% des Eigengewichts an Wasser auf. Wenn die Quellfähigkeit bei der Ziegelherstellung genutzt werden kann, sollte die Porosität erhöht werden, ohne dass der Brennwert steigt.

 

2 Durchführung

Der Einfluss quellfähiger Porosierungsstoffe auf die Materialeigenschaften wurde an extrudierten Probekörpern untersucht. Dazu wurden verschiedenen Hochlochziegel­tonen organische Porosierungsstoffe mit definierten Wassergehalten zugegeben. Die Zugabemenge, bezogen auf die Trockensubstanz, wurde konstant gehalten, um einen Einfluss des Glühverlustes auf die Porosität auszuschließen. Sowohl Papierfangstoff als auch Sägespäne wurden zunächst bei 40 °C getrocknet und teilweise durch Wasserlagerung übersättigt.

 

3 Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass höhere Gleichgewichtsfeuchten (Fasersättigungspunkt) der unterschiedlichen Papierfangstoffe die Porosität massiv senken und damit auch die Wärmeleitfähigkeit. Außerdem ist die Porosierungswirkung bei den unterschiedlichen Tonen verschieden. Wasser­halte über dem Fasersättigungspunkt werden zwischen den Fasern bzw. im Füllstoff angelagert und senken wegen der erhöhten Trockenschwindung nicht die Rohdichte. Das gleiche Phänomen zeigt sich bei anderen quellfähigen Stoffen. Tendenziell weisen die Massen mit gequollenen Zusätzen (im Vergleich zur trockenen Zugabe) höhere Dichten bei gleichzeitig geringeren Druckfestigkeiten auf. Durch den gequollenen Zusatz wird ein Teil an Tonmineralen im Rohling verdrängt. Die Tonmineraldichte ist geringer als die von Wasser. Durch die Zugabe von gequollenen Porosierungsstoffen zur Mischung ist die Frischrohdichte vergleichsweise gering. Das Eigengewicht der Tone und deren Struktur im Rohling begrenzen die Schwindung. Durch die gequollenen Zusätze nimmt der mögliche Porenraum zu. Die lineare Trockenschwindung kompensiert diese Poren- und Hohlräume jedoch wieder. Bei den traditionellen Porosierungsstoffen ist die künstliche Wassergehaltserhöhung nicht sinnvoll, da die Eigenschaften minimal verschlechtert werden und der Trocknungsenergiebedarf steigt.

Zusätzlich wurden Superabsorber (SAP) und Methylcellulose (MC) untersucht, siehe »1. Bei gleichbleibenden Plastizitäten nach Pfefferkorn steigt die Wasserbeladung durch diese hoch quellfähigen Zusätze an. Sowohl die Wasserbeladung als auch die lineare Trocken- und Brennschwindung sind bei gleicher Zugabemenge bei Methylcellulose im Vergleich zu Superabsorber höher. Die lineare Trockenschwindung ist in beiden Varianten sehr hoch, sodass die Scherbenrohdichte steigt.

Interessant ist der Einsatz von Methylcellulose, da dadurch die Plastizität steigt und so zu feuchte Tone extrudierbar sowie problemlos handhabbar sind. Methylcellulose wirkt auch dispergierend, sodass bei hohen Plastizitäten texturfrei extrudiert werden kann. Wird beispielsweise eine Masse mit 0,25 % Methylcellulose mit Pfefferkorn 28 extrudiert, sinkt die Anfangswasserbeladung auf 22,7 % atro und die lineare Trockenschwindung auf 5,9 %. Die Schwindung ist damit geringer als die der Nullmasse.

 

Dieses Forschungsprojekt der Forschungsgemeinschaft der Ziegelindustrie e.V. (FGZ) wurde unter der Nummer AiF 16424 N vom BMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert und vom Institut für Ziegelforschung Essen e.V. (IZF) durchgeführt. Der 95 Seiten lange Schlussbericht kann bei der Forschungsgemeinschaft der Ziegelindustrie e.V. in Berlin angefordert werden.