Projekt 37623/01

Gipssubstitution bei Dachziegelpressformen durch Komposit mit hydraulischer Bindung – Werkstoffentwicklung und Industrieerprobung

Projektdurchführung

KI Keramik-Institut GmbH
Ossietzkystr. 37 a
01662 Meißen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Verwendung von Gipsformen zum Pressen von Dachziegeln ist in Deutschland und Mitteleuropa seit vielen Jahrzehnten Stand der Technik. Seit geraumer Zeit werden von den Dachziegelproduzenten Anstrengungen unternommen, den Gips durch deutlich haltbarere Formenwerkstoffe zu ersetzen. Diese Bemühungen waren bisher nur mäßig erfolgreich, da das Pressen der Dachziegel eine komplexe Aufgabe aus Formgebung, Wasserabtransport und Ablösen des Formlings von der Formenoberfläche darstellt.
Die besondere Zusammensetzung der Ziegelmassen bewirkt während des Pressvorganges eine ständige abrasive Beanspruchung des Gipswerkstoffes. Hinzu kommt, dass der Gips eine geringe Wasserlöslichkeit besitzt, die zusätzlich zum schnelleren Abnutzen der Form führt. Damit wird die Standzeit der Formen beschränkt.
Ziel des Projektes war, einen neuen Formenwerkstoff zu entwickeln, der ähnliche Eigenschaften wie Gips aufweist, aber längere Standzeiten ermöglicht. Das alternative Formenmaterial soll ein zementgebundener Werkstoff mit speziellen keramischen Zusätzen sein.
Bedingt durch eine höhere Abriebfestigkeit und chemische Beständigkeit dieses neuen Materials können im Sinne der ökologischen Nachhaltigkeit folgende Effekte erzielt werden: • eine Ressourcenschonung für den Rohstoff Gips
• weniger Gipsabfall
• eine doppelt so lange Nutzungsdauer der einzelnen Form

Es war vorgesehen, Formen aus dem neu entwickelten Werkstoff herzustellen und unter realen Produktionsbedingungen in einem Dachziegelwerk zu testen.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVorhaben Werkstoffentwicklung (Fa. KI Keramik-Institut GmbH):

Es erfolgte die Herstellung eines Formenwerkstoffes aus zementhaltigem Bindemittel für das Pressen von Dachziegeln. Ein wesentlicher Schwerpunkt dieser Arbeiten war die Erprobung mit verschiedenen Zuschlagstoffen/Additiven.
Für alle Varianten wurden Prüfkörper hergestellt und hinsichtlich notwendiger Eigenschaften geprüft (diese waren u. a die Porosität, Porengrößenverteilung, Festigkeit, Wasseraufnahme, Abriebfestigkeit und das Filtrationsverhalten).
Vorhaben Entwicklung und Erprobung des Formensystems (Fa. Banke GmbH, Röben Tonbaustoffe GmbH):

In Zusammenarbeit mit der Fa. Banke wurde ein Formensystem entwickelt, das die Eigenschaften des
Formenmaterials und dessen Herstellungsverfahren berücksichtigt sowie die Integration in eine bestehende
Formgebungsanlage des Projektpartners Röben Tonbaustoffe GmbH ermöglicht. Die Formgebung des
Materials erfolgte auf der Basis von Schlickern. Nach Realisierung des Gesamtsystems aus
Formenwerkstoff und Trägerkonstruktion erfolgten nach Schaffung der technischen Voraussetzungen zur Aufnahme des Formenmaterials in der Dachziegelpresse Erprobungsversuche im Dachziegelwerk mit Unterstützung der Fa. Röben Tonbaustoffe GmbH. Das Formenmaterial wurde unter Produktionsbedingungen getestet.



Ergebnisse und Diskussion

Während der gesamten Projektlaufzeit konnten umfangreiche Erfahrungen zur Entwicklung und Herstellung von Formenmaterial unter Zusatz von hydraulisch gebundenen Materialien und verschiedensten Zuschlagstoffen gesammelt werden. Es wurden verschiedene Zusammensetzungen im Labormaßstab erprobt und die entsprechenden Materialkennwerte ermittelt. Das Formen-Material mit Luftporenbildnern oder Zusatz von porösen Stoffen wie z.B. Schamotten hatten teils sehr gute Festigkeiten, jedoch eine sehr geringe Kapillar-Pososität. Daneben war die benötigte Oberflächengüte nicht ausreichend, wie es für einen Dachziegel gefordert wird. Die Porengrößen des modifizierten hydraulischen Produkte sind im Vergleich zum Gips sehr klein (im Mittel ca. 0,1 µm), die erforderliche Quantität an durchströmbaren Poren im Bereich von ca. 1µm ist in der Betonmatrix mit porösen Zusätzen nicht erreichbar um einen optimalen Wasserabtransport zu gewährleisten. Dieser ist jedoch unabdingbar nötig, um ein Kleben der Dachziegelmasse am Formenmaterial oder Wasserflecke auf dem abgepressten Dachziegel zu vermeiden.
Mit der Zugabe von Gips in die Beton-Mischung konnten mehr Poren im Bereich von 1µm erzeugt werden, die eine bessere kapillare Struktur des Werkstoffs zur Folge hatten. Die Kombination aus beiden Rohstoffen in der Formenmatrix führte unter Produktionsbedingungen auf der Dachziegelpresse zu einer Anzahl von gepressten Ziegeln, jedoch nicht zu der gewünschten Menge, die einer doppelten Standzeit entspricht. Die Ursache wird im Aushärteprozess zwischen beiden Rohstoffen vermutet, die infolgedessen zu Spannungen im Gesamtsystem führt. Eine Überführung der Ergebnisse in die Produktion ist aufgrund einer fehlenden Dauerprüfung des Materials noch nicht möglich. Die Formen weisen jedoch gute Abriebfestigkeiten und ein exzellentes Ablöseverhalten auf.
Eine Verwertung der verbrauchten Formen ist prinzipiell möglich, geht jedoch mit einer aufwendigen Aufbereitung einher. Durch die Zugabe von BaCO3 als Bindemittel für die schwefelhaltigen Komponenten in dem Werkstoff ist ein Ziegelprodukt herstellbar. Die keramischen Eigenschaften der mit 3% verbrauchtem Formenreststoff versetzten Dachziegelmasse unterscheiden sich nicht von der Ursprungsmasse ohne Zusatz.
Mit Versuchen eines energieärmer hergestellten hydraulischen Binders im Vergleich zu konventionellem Zement und der Zugabe von Gips ist ein vielversprechender positiver Ansatz gelungen einen zementgebundenen Formenwerkstoff zu entwickeln, der nicht mehr zu 100% aus Gips besteht.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift „Keramische Zeitschrift“ veröffentlicht und auf der Tagungsveranstaltung zum 28. Eurosymposium 2025 in Meißen vorgetragen.


Fazit

Während der Projektlaufzeit konnte zementgebundenes Formenmaterial mit Gips-Zusatz für die Dachziegelherstellung entwickelt und industriell erprobt werden.
Das Projektziel wurde mit einem sehr guten praktischen Ergebnis erreicht. Eine Wiederverwertung des verbrauchten Formenmaterials ist möglich.
Es sind weitere Rezept-Anpassungen notwendig. Das Material ist mit Abschluss des Projektes noch nicht industriell einsetzbar. Eine doppelt so lange Standzeit des Formenmaterials wurde nicht erreicht Die Firma Röben Tonbaustoffe als Projektpartner ist an der Weiterentwicklung interessiert und stellt zusätzliche Kapazitäten zum Pressen von Dachziegeln für mehrere angepasste Rezepturen zur Verfügung.

Während der Projektlaufzeit konnte zementgebundenes Formenmaterial mit Gips-Zusatz für die Dachziegelherstellung entwickelt und industriell erprobt werden.
Das Projektziel wurde mit einem sehr guten praktischen Ergebnis erreicht. Eine Wiederverwertung des verbrauchten Formenmaterials ist möglich.
Es sind weitere Rezept-Anpassungen notwendig. Das Material ist mit Abschluss des Projektes noch nicht industriell einsetzbar. Eine doppelt so lange Standzeit des Formenmaterials wurde nicht erreicht Die Firma Röben Tonbaustoffe als Projektpartner ist an der Weiterentwicklung interessiert und stellt zusätzliche Kapazitäten zum Pressen von Dachziegeln für mehrere angepasste Rezepturen zur Verfügung.