Glaspulverflüsse in Ziegeln
Ziegel sind eines der häufigsten Baumaterialien, das für die moderne Weltwirtschaft unerlässlich ist. Der Grundziegel besteht aus Ton, der gebrannt wird (entweder in einem Ofen / Ofen oder einem elektrischen Industrieofen), woraufhin er austrocknet und aushärtet, mechanisch und kompressiv stärker wird, zusätzlich poröser und leichter. Übliche Zusätze von geschliffenem Glas überschreiten nicht 20 Gewichtsprozent, da viel mehr als dies zu Verarbeitbarkeitsproblemen und abnehmenden wirtschaftlichen Erträgen führen wird(3).
Für die Herstellung von Ziegeln muss Glas
eine Partikelgröße von weniger als 1 mm haben, damit es vor dem Mischen und Brennen effektiv durch Pfannenmühlen gehen kann(4). Im Allgemeinen senkt fein gemahlenes Glas mit einer Partikelgröße von weniger als 75 μm die Brenntemperaturen(5).
Die Chemie, die beim Brennen eines Ziegels auftritt, ist komplex, und die Zugabe von gemahlenem Glas verringert im Allgemeinen die erforderliche Brenntemperatur. Ungeachtet der komplexen chemischen Reaktionen beeinflusst die Zugabe von Glaspulvern den Prozess über zwei Hauptverteiler:
Tonkörperreifung
Während des Brennens bewirkt die Hitze ein Sintern von Tonpartikeln, um eine Verbindung aus der Verschmelzung von Kieselsäure und Aluminiumoxid zu bilden (was dem Ziegel seine charakteristische Festigkeit verleiht), Glaspulver mit niedrigerem Schmelzpunkt vor dem Sinterprozess schmelzen und somit die Gesamtsintertemperatur senken, wenn sie gleichmäßig im nassen Ton verteilt sind(6)
Kalknatronglas wirkt aufgrund seiner fehlenden Kristallinität und seines hohen Natriumoxidgehalts als Flussmittel. Die reduzierte Temperatur, die erforderlich ist, um eine glasige Verbindung zu bilden, und die erhöhte glasartige Phasenkomponente im fertigen Ziegel wurden mit einer besseren Gesamtstruktur und Haltbarkeitseigenschaften in Verbindung gebracht. Darüber hinaus hat die Forschung gezeigt, dass ein erhöhter Glasgehalt zu einer geringeren Porosität im Endprodukt führt, so dass weniger Wasser von ihm absorbiert werden kann - was die Lebensdauer der Ziegel verlängert -, da die Wasserabsorptionsraten umgekehrt proportional zum Porositätsgrad sind(7). Schließlich kommt es aufgrund von Rekristallisationsprozessen in den Heiz-/Kühlphasen zu einer Verringerung der Menge amorpher Spezies, was zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften mit einem Glasgehalt von nur 5% führt(8).
Schrumpfung/Vitrifikation
Schrumpfung ist ein Problem während des Ziegelherstellungsprozesses, da ein Ziegel, der nicht den Größenstandards entspricht, verworfen wird, wenn er nicht innerhalb akzeptabler Toleranzen liegt. Im Laufe der Jahre haben die Hersteller versucht, die Schrumpfung zu verstehen und Methoden entwickelt, um sie zu moderieren. Eine solche Methode ist die Zugabe von gemahlenem Glas zum nassen Ton. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Feuerschrumpfung in glaspulverhaltigen Tonen gleich oder kleiner als unverfälschter Ton ist(9). Die Vitrifikation wird erhöht, wenn Glas in der Mischung verwendet wird, was zu einer höheren Dichte und weniger Wasseraufnahme führt, was selbst zu einer geringeren Schrumpfung beim Brennen führt(10). Dieses Phänomen wird durch die Füllung der Poren mit der oben genannten glasigen Phase erklärt. Eine Studie mit einem ungewöhnlich hohen Gemahlenen von 45 Gewichtsprozent berichtete über fast keine lineare Schrumpfung und deutlich weniger Rissbildung(11).
Die Rasterelektronenmikroskopie zeigt, dass mit dem Anteil des Glases, das dem Ziegel hinzugefügt wurde, die Gesamtziegelmatrix dichter wurde. Gesamtdichteerhöhungen sind mit erhöhten Werten für Druckfestigkeit und mechanische Festigkeit verbunden. Es wurde vorgeschlagen, dass Glaspartikelgrößen, die Sandkörnern ähneln, die Plastizität wirksam reduzieren und so die Schrumpfung im Formgebungs- und Trocknungsschritt vor dem Brennen reduzieren(12).
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