METHOD OF MANUFACTURING BRICKS

Abstract: Brick blanks are made from a plastic mixt. contg. a clay with a chemical compsn. inside the hatched zone of a Wilson Diagram. Such clays are normally regarded as unsuitable for brick mfr. because they form gas bubbles (termed bloating) in the bricks during baking. The mixt. also contains a percentage of lava particles which move the compsn. outside the hatched zone of the Wilson Diagram, so satisfactory bricks can be made. The blanks are dried and baked. The lave particles are pref. smaller than 3 mm, and less than 1% pref. have a size above 6 mm. Permits the successful use of inferior clays by adding lava, which is inexpensive and widely available. The lava also saves fuel by reducing both the drying time and baking temp. of the bricks.

Description: Verfahren zur Herstellung von Ziegelsteinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Ziegelsteinen, bei dem Rohlinge aus einem plastischen Material geformt werden, welches Ton enthält, dessen chemische Zusammensetzung in den schraffierten Bereich des in der Figur abgebildeten Wilson'schen Diagramms fällt, geformt und dann getrocknet und gebrannt werden. Grosse Mengen Ton sind für die Herstellung von Ziegelsteinen deshalb nicht brauchbar, weil das Material beim Brennen Blasen entstehen lässt. Während des Brennens eines Rohlings besteht zwischen dem Kern und der Oberfläche eine Temperaturdifferenz. Aufgrund dieser Differenz können bei einer bestimmten Temperatur noch Gase in den Kern entweichen, während dieser Prozess an der dicht gesinterten Oberfläche bereits abgeschlossen ist. Die Folge davon ist, dass das Material durch sich bildende Blasen aufgebläht wird. In dem Masse, in dem die Aufheiztemperatur höher ist, wird die Temperaturdifferenz grösser sein und nimmt die Wahrscheinlichkeit eines Aufblähens durch Blasenbildung zu. Das Mass an Ausdehnung wird durch die Menge gasförmiger Produkte verursacht. Wilson hat festgelegt, ob eine Ausdehnung eintritt. Die folgenden Gase können beim Aufblähen durch Blasenbildung von Steinen eine Rolle spielen: 1. Gase, die beim Verbrennen von bituminösen Bestandteilen gebildet werden. 2. SiO2-Gas, das bei der Zersetzung von Pyrit durch Erhit zen frei wird. 3. C02, welches durch Zutun von Eisenverbindungen bei einer Temperatur von ca. 4000C durch Umwandlung von CO aus Rauchgas gebildet wird. 4. Wasserdampf, der bei der Dehydrierung von Tonmineralien frei wird. 5. Sauerstoff, der bei der Bildung von Fayalit (2FeO.SiO2) aus Fe203 und SiO2 frei wird. 6. CO2, das beim Erhitzen von Calcium und Magnesiumkarbonat gebildet wird. Ob eine Blasenbildung bei einem Ton eintritt oder nicht, hängt insbesondere von seiner chemisch/mineralogischen Zusammensetzung ab, jedoch spielen auch Korngrössenverteilung, die Aufschlämmwassermenge, die Volumenmasse des "grünen" Steines (getrocknet und noch nicht gebrannt), die Abmessungen, die Struktur, die Aufheizgeschwindigkeit, der Erweichungspunkt, die Viskosität, die Ofenatmosphäre und dergleichen mehr eine Rolle. Um eine ordentliche Härte des Steins zu erzielen, ist eine Brenntemperatur von im Regelfall oberhalb 1.0000C zu wählen. Diese Temperatur wird, ausgehend von der Raumtemperatur, innerhalb von ein bis vier Tagen erreicht. Es zeigt sich nun, dass viele Tonqualitäten unter diesen Bedingungen Aufblähungen durch Blasenbildung erleiden. Die chemische Zusammensetzung der Tonqualitäten, die wegen des Aufbläheffektes nicht für die Herstellung von Ziegelsteinen geeignet sind, liegt innerhalb des sogenannten Wilson'schen Bereichs. Dieser Bereich wird im Aufsatz von H. Wilson mit dem Titel: "Lightweight aggregates for construction industry", Journal of the Canadian Ceramic Society, 44. Jahrgang, 1953, Seite 44 - 50, erläutert und besprochen. Das Wilson'sche Diagramm ist in der Figur wiedergegeben. Jeder Punkt innerhalb dieses Diagramms entspricht einem bestimmten Gewichtsprozentanteil an Ski02,, Al203 und Flussmitteln (Na20, K20, Fe203, Ca0 und- Mg0). Die sogenannten blasenbildenden Tonqualitäten (bloating) erscheinen -in dem umrandeten schraffierten Teil des Wilson'schen Diagramms. Die chemische Zusammensetzung der nicht durch Blasenbildung aufblähenden Tonsorten liegt ausserhalb dieses schraffierten Bereiches. Es ist Aufgabe der Erfindung, diejenigen Qualitäten Ton, die im Hinblick auf ein Aufblähen bislang für die Herstellung von Ziegelsteinen nicht geeignet waren, auf einfache Weise geeignet zu machen. Erfindungsgemäss ist das eingangs erwähnte Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass dem Ton Lavateilchen beigefügt werden in einer Menge, dass -dadurch die chemische Zusammensetzung des Gemisches aus Ton und Lava ausserhalb des schraffierten Bereichs des in der Figur dargestellten Wilson'schen-Diagramms liegt. In Anbetracht der Tatsache, dass die nicht zur Blasenbildung neigenden Qualitäten Ton selten zu werden beginnen, wohingegen von den Qualitäten Ton, die bislang zur Verwendung in der Ziegelsteinindustrie unbrauchbar sind, grosse Mengen verfügbar sind, ist der erfindungsgemässe Vorschlag für die- -Ziegelindustrie ein Ausweg. Lava ist ein billiges Material, welches in grossen Mengen u.a. in Deutschland (im Gebiet der Eifel) und Frankreich (Auvergne) vorkommt. Es handelt sich um ein poröses, basaltartiges Material, das im Tagebau durch Brechen gewon nen wird. Es ist durch schnelles Erstarren von ausgetretenem vulkanischem Material entstanden. Die Kornoberfläche ist rauh, mit offenen Poren. Die Kornporosität beträgt zsximal 40 Vol.-%. Lava wird in Betonwarenfabriken als Zuschlagstoff bei der Herstellung von Blöcken verwendet. Ein anderer Anwendungsbereich ist der Strassenbau. Lnsbesqndere die Korngrösse zwischen 2 mm und i1 mm ist bei diesen bekannten Anwendungen nützlich. Die Korngrösse bis 3 mm wird ungern verwendet und ist deshalb sehr preisert. Gerade diese Korngrösse ist hervorragend als Beimengung zu den zur Blasenbildung neigenden Tonqualitäten geeignet.Deshalb ist es empfehlenswert, dass die Lavateilvhen im wesentlichen kleiner als 3 mm sind, wobei weniger als 1 % grösser ist als 6 mm. Lava ist ein Material, welches weit ausserhalb des Wilson' schen Diagramms fällt. Eine vorkommende Sorte setzt sich zusammen aus 45 % SiO2, 20 % A1203 und 35 % Flussmitteln. Das Material ist sehr reich an Silikaten, ohne dass es jedoch Sand enthält. Letzteres ist für das Brennen in Zusammenhang mit dem Quarzsprung verhängnisvoll. Lava ist keine Tonart, wenngleich sie chemisch dem Ton ähnlich ist, weil Lava eine viel gröbere Kornstruktur hat. Tonqualitäten sind praktisch nicht verfügbar oder sie enthalten soviel Sand, dass sich daraus Schwierigkeiten ergeben. Die Korngrösse von Lava bis 3 mm ist zu einem Teil kleiner als 100 . Diese Teilchen haben erkennbar einen chemischen Austausch mit den Teilchen des Tons. Sie holen den Ton aus dem Wilson'schen Diagramm. Die gröberen Teilchen gehen ausschliesslich an der Oberfläche eine Reaktion ein, jedoch bilden sie für die entstandenen Gase eine Möglichkeit zu deren Austreten. Lava ist keine Schamotte, weil Schamotte im allgemeinen einen höheren Erweichungspunkt hat als Ton, wohingegen dies bei Lava nicht der Fall ist. In Lava entstehen keine gasförmigen Produkte mehr beim Erhitzen. Durch die Zugabe von Lava wird die durchschnittliche Menge gasförmiger Produkte herabgesetzt, so dass das Ausmass an Ausdehnung herabgesetzt wird. Die Verwendung von Lava als ein Mittel, um ein Aufblähen durch Blasenbildung bei Qualitäten Ton zu verhindern, führt zu einer Reihe von zusätzlichen Vorteilen, wie Brennstoffeinsparung infolge einer kürzeren Trocknungszeit und einer niedrigeren Brenntemperatur, möglicherweise auch einer Herabsetzung der Fluoremission beim Brennen in Abhängigkeit von der Qualität Lava, sowie zu einem härteren Fertigerzeugnis, welches darüber hinaus frostbeständiger ist. Die kurze Trocknungszeit ist eine Folge der Porenstruktur des Lavamaterials. Da Gemische aus Lavamaterial gewöhnlich bei einer niedrigeren Temperatur sintern, kann die Brenntemperatur herabgesetzt werden oder die Brenndauer kann weiter verkürzt werden. Hierdurch wird nicht allein eine Einsparung an Brennstoffen erzielt, sondern es wird auch der Nutzungsgrad des Ofens grösser. Bei Zurückführung auf die Energie als Grundlage ist es auch von Wichtigkeit, dass Lava im Gegensatz zu Ton kein Wasser bei Temperaturen zwischen 1000C und 5000C abspaltet. Da Lava keine Fluoride enthält, die beim Erhitzen entweichen können, ist die Verwendung von Lava umweltfreundlich. Die Verbesserung der Qualität der Steine ist aus den günstigeren Werten für die Druckfestigkeit und die Frostbeständigkeit ersichtlich. Ziegelsteine müssen die Fähigkeit zur Feuchtigkeitsaufnahme besitzen. Die Frostbeständigkeit ist abhängig von dieser Fähigkeit sowie von der Zeitdauer, während der eine Feuchtigkeitsmenge aufgenommen wird. Hierbei kommt es nämlich darauf an, wie lange es dauert, bis der sogenannte kritische Feuchtigkeitsgehalt - das ist der Gehalt, bei dem im Falle von Frost ein Bruch auftritt - erreicht wird. Durch die Verwendung von Lavamaterial wird diese Zeitdauer verlängert, was sich auf die Frostbeständigkeit günstig auswirkt. Allerdings wird im allgemeinen gelten, dass die Porosität der Lavakörner grösser ist als 10 Vol.%. Die vorgenannten Vorteile sind zweitrangig. Bei der in Rede stehenden Erfindung geht es in erster Linie darum, grössere Mengen Ton verwenden zu können, welche bislang wegen ihrer Aufbläheigenschaften ungeeignet waren. Dazu kann unter Zugrundelegung des Wilson'schen Diagramms eine sorgfältig gewählte Menge Lavateilchen in der Weise verwendet werden, dass die chemische Zusammensetzung des Gemischs ausserhalb des in der Figur schraffierten Bereichs liegt. In der Figur sind die chemischen Zusammensetzungen einer Anzahl Qualitäten Ton angegeben. Die Verweisungsziffern in der Figur beziehen sich auf die folgenden Qualitäten Ton: 1 = ein Ton von derMaas 2 = ein Ton von der Waal 3 = ein Ton vom Rhein 4 = ein Tertiär-Ton aus Westbrabant 5 = ein Bassinton aus der Provinz Gelderland 6 = ein frühtertiärer Ton aus dem Raum Boom 7 = ein tertiärer Ton aus den westlichen Teil der Provinz Nordbrabant. Von diesen Tonqualitäten sind allein die Nummern 1, 2 und 3 als solche geeignet, um daraus unter normalen Umständen Ziegelsteine herstellen zu können. Die Tonqualitäten 4 bis einschliesslich 7 liegen innerhalb des schraffierten Bereichs des Wilson'schen Diagramms und sind somit nicht geeignet, um daraus Ziegelsteine herzustellen. Durch Beifügung einer passenden Menge Lavateilchen hat sich herausgestellt, dass diese Tonqualitäten 4 bis einschliesslich 7 durchaus zu Ziegelsteinen verarbeitet werden können, wobei sich herausstellte, dass diese Ziegelsteine darüber hinaus hervorragende Eigenschaften besitzen. BEISPIEL Aus dem mit Nummer 7 im Diagramm angegebenen tertiären Ton aus dem westlichen Teil von Nordbrabant. wurden, ohne Beifügung von Lavateilchen, kleinformatige Steine mittels einer Strangpresse geformt. Die Abmessungen dieser kleinen Steine betrug ca. 12,0 x 6,5 x 3,5 cm. Nach dem Trocknen wurde ein Teil dieser kleinformatigen Steine in einem Elektroofen gebrannt (Aufheizgeschwindigkeit 500C/h, maximale Temperatur 1.0000C, Aufrechterhaltung dieser Temperatur für die Dauer von 24 Stunden) und ein anderer Teil wurde in einem Flammofen gebrannt (Aufheizgeschwindigkeit 14 bis 10C pro Stunde, maximale Temperatur 1.-0100C, Aufrechterhaltung dieser Temperatur während 45 Stunden). Nach dem Brennen stellte sich heraus, dass die kleinformatigen Steine in beiden Fällen Blasenbildung zeigten. Der Ausdehnungsfaktor betrug ca. 1,5. Um mit diesem Ton einen Ziegelstein herzustellen, der keine Ausdehnung zeigt, würde man die Aufheizgeschwindigkeit drastisch herabsetzen müssen, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit in unannehmbarer Weise absinken würde. Anschliessend wurde die gleiche Qualität Ton mit Lavateilchen mit einer Teilchengrösse bis zu 3 mm vermengt. Das Gewichtsverhältnis zwischen dem trockenen Ton und der Lava betrug 60 : 40. Dieses Mengenverhältnis war so gewählt worden, dass die Zusammensetzung des Gemischs ausserhalb des "bloating"-Bereichs im Wilson'schen Diagramm zu liegen kam. Aus der entstandenen Mischung wurden Formziegelsteine gefertigt. Die Steine wurden nach ihrem Trocknen gleichzeitig mit den vorgenannten kleinformatigen Steinen im Flammofen unter gleichen Bedingungen gebrannt. Sie wiesen nach dem Brennen keine Ausdehnung mehr auf. Das Fer tigerzeugnis erwies sich darüber hinaus als fester im Vergleich mit Steinen, die aus dem üblicher Weise verarbeiteten, keine Blasen treibenden Ton hergestellt und unter den gleichen Bedingungen gebrannt worden waren. Auch die Fro'stbeständigkeit hatte nachweisbar zugenommen. Die Lavateilchen halten das Material im Zusammenhang mit der Skeletbildung länger porös. Die Gase können dadurch nachhaltig entweichen. Darüber hinaus wird durch die Bei mengung von Lava die Menge schädlicher Bestandteile pro GeWichtseinheit vermindert. Im allgemeinen wird man einem zur Blasenbildung neigenden Ton wenigstens 10 % Lavateilchen beimengen. Diese Menge kann selbstverständlich viel grösser sein. Unter allen Umständen wird die Mischung ÅauSeShalb des schraffierten Bereichs liegen müssen.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren für die Herstellung von Ziegelsteinen, wo bei Rohlinge aus einem plastischen Material, welches Ton enthält, dessen chemische Zusammensetzung innerhalb des schraffierten Bereichs in dem in der Figur dar gestellten Wilson'schen Diagramms liegt, geformt una dann getrocknet und gebrannt werden, dadurch gekenn zeichnet, dass dem Ton Lavateilchen in einer solchen Menge beigefügt werden, dass die chemische Zusammenset zung der Ton/Lava-Mischung ausserhalb des schraffierten Bereichs des in der Figur dargestellten Wilson'schen Diagramms zu liegen kommt. 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavateilchen im wesentlichen kleiner sind als 3 mm, wobei weniger als 1 % grösser sind als 6 mm.

Inventors: THEISSING ERIK MARIA, THEISSING, ERIK MARIA
Applicants: VERENIGDE BEDRIJVEN BREDERO N.V.
Application year: 1981
Main classification: C04B33
IPC codes: C04B33