Ziegelprodukte – Herstellung, Anwendung und Wiederverwertung

Am 13. und 14. September 2022 fand das jährliche Seminar des Instituts für Ziegelforschung in Essen e. V. (IZF) statt. Zwei Tage lang informierten die Mitglieder des Instituts über aktuelle Forschungsvorhaben unter der thematischen Klammer „Ziegelprodukte – Herstellung, Anwendung und Wiederverwertung“. Wie in den vergangenen Jahren versammelten sich mehr als 50 Teilnehmende aus der deutschen und europäischen Ziegel- und Zulieferbranche im Essener Hof.

Vorträge des ersten Tages

In seiner Begrüßungsansprache führte der stellvertretende Institutsleiter Eckhard Rimpel die Zuhörenden durch den „bunten Blumenstrauß“ an Vortragsthemen der kommenden zwei Tage. Mit Bauphysik und Bauanwendung hob Rimpel den besonderen Themenschwerpunkt der diesjährigen Tagung hervor. Dr. Dieter ­Figge und Lukas Helm wurden als Gastredner begrüßt, die Referentin Silke Sabbath wegen Krankheit entschuldigt. Bemerkenswert war die sehr hohe Zahl an Anmeldungen.

Im ersten Vortrag stellte Rimpel in Vertretung für Silke Sabath „Fördermöglichkeiten zur Energieeffizienzverbesserung und Energiewende“ vor. Ein hierfür relevantes und neu aufgelegtes Förderprogramm des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle wurde ausführlich vorgestellt: „Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft“, früher „Energieeffizienz in Unternehmen“. Zum Abschluss wurden ergänzend weitere ausgewählte Förderprogramme von Bund und Ländern kurz vorgestellt.

Dipl.-Ing. Alexander Winkel stellte im Vortrag „STA, Dilatometer und Austreibungskurven: Rohstoffuntersuchungen vom Labor in die Praxis“ die Simultane Thermische Analyse (STA), mit der am IZF seit über einem Jahr gearbeitet wird, vor. Im Vergleich mit zwei weiteren, am IZF genutzten Untersuchungsmethoden, Dilatometrie und Austreibungskurven, diskutierte er die jeweiligen Vor- und Nachteile. Besonders hervorgehoben wurde, dass sich STA-Diagramme sehr gut mit Austreibungskurven, die größere Proben und damit repräsentativere Ergebnisse erlauben, ergänzen.

Die Einflüsse auf die Trocknung beim Niedrignener-giedurchlauftrockner thematisierte Eckhard Rimpel im gleichnamigen Vortrag. Durchlauftrockner könnten erhebliche Vorteile gegenüber bekannten Verfahren wie Freiluft- und Kammertrocknung bieten. Rimpel diskutierte das Verfahren anhand der Messergebnisse dreier Versuche mit verschiedenen Trocknungstemperaturen. Anhand von Simulationsergebnissen wies er auf Vorteile des neuen Konzepts Niedrigenergiedurchlauftrockner für das Verfahren wie geringe Verkrümmungs- und Rissbildungsgefahr hin.

Die Möglichkeit von „H2-Ziegel: Wasserstoff als Brennstoff“, diskutierte Dr.-Ing. Rigo Giese im letzten Vortrag vor der Mittagspause. Laut den dargelegten Versuchsergebnissen treten bei einer Beimengung von bis zu 30 Prozent Wasserstoff zum Erdgas an den Testziegeln (Klinker, Dach- und Hochlochziegel) keine gravierenden Abweichungen bei den Materialkennwerten und nur geringe optische Veränderungen auf. Zündverhalten, Flammenstabilität und Flammenüberwachung zeigen sich im Vergleich mit reinem Erdgas unverändert, ebenso das Emissionsverhalten.

Eckhard Rimpel erörterte in Einleitung des Nachmittagsprogramms des ersten Tages, „Synthesegase als alternative Brennstoffe“. Die Diskussion fokussierte vor allem auf biogene Brennstoffe und deren technische und rechtliche Voraussetzungen, darunter verschiedene Biomassequellen und -verfahren (Pyrolyse und Vergasung). Daneben wurden auch Verfahren zur Herstellung von biogenem Wasserstoff erörtert. Welche alternativen Brennstoffe genutzt werden sollten oder könnten, so Rimpels Fazit, lasse sich nur individuell bestimmen.

Daran schloss inhaltlich nahtlos der zweite Vortrag von Dr. Rigo Giese an: „Gasbeschaffenheitschwankungen und ihre Auswirkungen auf Energieeffizienz und Regelverhalten“. Ausgehend von
der Darstellung der aktuellen Schwankungsbreite bei der Erdgaszusammensetzung erörterte der Vortrag entsprechend notwendige Anpassungen der Feuerungssysteme sowie Maßnahmen zur Erfassung der Gasbeschaffenheit.

In dem Vortrag „Hybrid-Heating: Verbesserung der Wärmeübertragung durch interne Atmosphärenumwälzung“ stellte Marius Rimpel ein neues Tunnelofenkonzept vor. Durch Installation eines internen Umwälzers lasse sich der Brennstoffbedarf unter Nutzung vorhandener Technologie um bis zu 70 Prozent senken. Simulationen zeigen, dass der Einsatz von Leitblechen sowie die Neigung des Ventilators die Strömungsführung optimieren helfen. Aufgrund der hohen Einsatztemperaturen sei die Entwicklung temperaturbeständiger keramischer Umwälzer notwendig.

Lars Etscheid referierte über „Experimentelle Untersuchungen des Feuerwiderstands von Mauerwerk aus Hochlochziegeln“. Von drei aktuell möglichen Verfahren zur normativen Nachweisprüfung von Feuerwiderstand sei nur die großformatige (3,00 m x 3,00 m) Brandprüfung für wärmedämmende Hochlochziegel geeignet. IZF und TU Kaiserslautern verfolgen aktuell drei experimentelle Ansätze: einseitige Temperaturbelastungen ohne Druckbelastung, Brandprüfungen in Anlehnung an die Prüfnorm DIN EN 1365-1 sowie großformatige Brandprüfungen gemäß derselben Norm.

Akash Nagaraj informierte in seinem Vortrag über „Innovative Ansätze eines Entkopplungssystems von Ausfachungen und nichttragenden Wänden aus Ziegelmauerwerk“. Die Entkopplung der Trennwände von tragendem Mauerwerk erhöht den Widerstand gegen Lasten in-plane und out-of-plane. Aufgrund schwieriger Umsetzung und hoher Kosten wurde ein neues Entkopplungskonzept mit Elastomeren entwickelt. Laut den Ergebnissen der Versuche und Simulationen zeigen die neuartigen Entkopplungen höhere Widerstände.

Dr. Dieter Figge hielt mit „Mauerwerk aus Fertigteilen – eine Innovation für die Ziegelindustrie?“ den letzten Vortrag des ersten Seminartages. Neben einer kurzen Darstellung der Geschichte von Mauerwerkfertigteilen wurde die verschiedenen Fertigteiltypen, deren Herstellung, Transport, Montage und Prüfung der Gesamtsteifigkeit vorgestellt. Auch Wärmebrücken und besondere Aspekte der Montage wurden im Vortrag berücksichtigt.

Gemütliches Beisammensein im IZF

Nach den Vorträgen versammelten sich die Teilnehmenden auf dem Institutsgelände in Essen-Kray. Ein Festzelt im Hof mit Tischen und Bänken sowie Büffet boten Gelegenheit zum Austausch und zum gemütlichen Beisammensein. Einen Höhepunkt des Abends bildeten die Führungen durch die Werkstätten und die Präsentation verschiedener Versuchsanlagen.

Vorträge des zweiten Tages

Im ersten Vortrag des zweiten Tages, „Einsatz von Recyclaten in Lehmsteinen“, stellte Dipl.-Ing. Alexander Winkel experimentelle Ergebnisse zur Nutzung von Brechsanden in Lehmsteinen vor. Mit abnehmendem Tonmineralgehalt sinkt die Druckfestigkeit der Steine und ist insbesondere von der Höhe des Brechsandanteils abhängig. Eine Ablufttrocknung ist nur mit ausreichend hohen Temperaturen möglich. Quellfähige Tonminerale erhöhen die Festigkeit auf Kosten der Wasserbeständigkeit.

Über die „Minderung des Trocknungsenergiebedarfs durch den Einsatz von Hilfsmitteln zur Steigerung der Feuchteleitfähigkeit plastischer Massen“ referierte Sandra Petereit in Vertretung für Silke Sabath. Ansatzpunkt ist der additive Einsatz synthetischer Polymere zur Beschleunigung des Wassertransports unter Beibehaltung der anderen Eigenschaften der Betriebsmasse. Für die drei Produktgruppen Vordermauer-, Hintermauer- sowie Dachziegel wurden je verschiedene Additive auf ihre Wirkung auf die verarbeitungsrelevanten Parameter Formgebung, Trocknung, Feuchteleitfähigkeit und Brand untersucht.

Daniel Baltes erläuterte die Nutzung von Mauerziegelbruch, Einsatzmöglichkeiten und Grenzen als Vegetationssubstrat im gleichnamigen Vortrag. Per Experiment und Simulation wurde untersucht, welche Wirkung der Einsatz von Ziegelbruchsubstrat auf Gründächern zeitigt. Im Ergebnis scheint sich Mauerbruch dafür sehr gut zu eignen. Aufgrund deutlich geringerer Wärmeleitfähigkeit hat das Substrat sogar eine positivere Wirkung auf die Rauminnentemperatur als herkömmliches Substrat.

Die normative Untersuchung des Abhebewiderstands von Dachziegeln und aktuelle Änderungen der entsprechenden DIN-Norm EN 14437 waren Thema des Vortrags von Lars Etscheid. Die neue DIN EN 14437 (Stand Entwurf 2022) erlaubt die gleichwertige Betrachtung der Versagensarten sowie die getrennte Prüfung und Auswertung nach den Grenzzuständen von Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit von Dachsystemen. Vorgestellt wurde auch der Prüfstand zur Bestimmung des Abhebewiderstands von Dachsystemen am IZF.

Nach der Kaffeepause ging Lukas Helm auf die Grundlagen, die Nachweisführung und den Forschungsstand zur out-of-plane Tragfähigkeit von Ziegelinnenwänden bei Erdbeben ein. Dabei stellte er die Entwicklung eines analytischen Modells vor, das die Prüfung bzw. Bestätigung von Knickstellen in Innenwänden erlaubt. Das Fernziel ist die Entwicklung eines umfassenden, praktikablen und wirtschaftlichen Bemessungsmodells für tragende und nichttragende Ziegelwände.

Über „Schallschutztechnische Eigenschaften von Ziegelmauerwerk“ referierte Dr. Dieter Figge. Dabei wurde der Stand der Technik, die Problemlage, die relevanten DIN sowie deren Neuerungen vorgestellt. Eine Übersicht der 13 Schallübertragungswege sowie der Nachweisverfahren erwies, dass Stoßstellen im Ziegelmauerwerk ein besonderes Problem darstellen. Vorgestellte Lösungsansätze beinhalten die Verbesserung des Bauteilanschusses bzw. Stoßstellendämmung durch akustische Entkopplung.

Shanmukha Balusu diskutierte im letzten Vortrag die „Bauphysikalische Optimierung von Ziegelstrukturen“. Mittels Studien wurde der Einfluss verschiedener Parameter wie Steggeometrie, Abmessungen, Materialeigenschaften und Flächenanteile auf die Wärmeleitfähigkeit untersucht. Dabei zeigte sich, dass zwischen Wärmeleitfähigkeit und Schalldämmung eine negative Korrelation besteht. Das Ziel weiterer Forschung besteht darin zu bestimmen, welche Kombination von Parametern ein optimales Verhältnis von Schall- und Wärmeschutz bietet.

Zum Abschluss dankte Eckhard Rimpel den Anwesenden für die zahlreiche Teilnahme. Das traditionelle gemeinsame Mittagessen beendete die Veranstaltung. Das nächste IZF-Seminar wird voraussichtlich am 19. und 20. September 2023 in Essen stattfinden.