Baumaterialien: Steine, Keramik, Glas & mehr

Baumaterialien

Steine

Steine sind natürliche Aggregate von Mineralien, die in der Erdkruste gefunden werden. Sie haben eine geringe Zugfestigkeit, aber eine hohe Druckfestigkeit. Die am häufigsten verwendeten Steine sind:

1. Granit und Diorit wurden früher im Bauwesen verwendet, heute aber hauptsächlich als Kies in Beton.
2. Gabbro und Liparit werden für die Pflasterung von Straßen verwendet.
3. Bimsstein wird zur Herstellung von leichten Zuschlagstoffen verwendet.
4. Sandstein, ein zementierter Sand, wird für den Bau und die Herstellung von polierten Platten verwendet.
5. Kalkstein besteht aus Kalziumkarbonat.
6. Marmor, ein metamorphes Gestein aus Kalziumkarbonat, wird für Gebäudeverkleidungen und die Herstellung von Mörtel und Beton verwendet.

Keramik

Keramiken sind aus Ton hergestellte Materialien. Ton besteht aus hydratisierten Aluminiumsilikaten. Sie sind chemisch inert und beständig gegen hohe Temperaturen. Keramische Materialien können sein:

1. Porös: Sie haben ein erdiges Aussehen und sind durchlässig für Gase, Flüssigkeiten und Fette. Zu dieser Gruppe gehören gebrannter Ton, Steingut und feuerfeste Materialien.
2. Wasserdicht: Diese Materialien sind härter als die porösen. Zu dieser Gruppe gehören Steinzeug und Porzellan.

Gebrannter Ton

Gebrannter Ton enthält eine beträchtliche Menge an Eisenoxid. Nach dem Formen wird er getrocknet und anschließend in einem Brennprozess gebrannt.

Porzellan

Keramik wird nach dem Formen und Brennen mit Lack oder Emaille überzogen und einem zweiten Brand unterzogen. Es wird klassifiziert als:

1. Fayence: Mit einer transparenten Lackschicht auf der Oberfläche.
2. Gewöhnliches Steingut: Ähnlich wie Fayence.
3. Dünnes Steingut: Die Glasur ist transparent und die Paste enthält Kieselsäure, die ihm Härte verleiht.
4. Bausteingut: Glasierte Ziegel, Fliesen und Sanitärkeramik.

Feuerfeste Materialien

Ton wird bei hohen Temperaturen gebrannt und anschließend langsam abgekühlt, um die Bildung von Rissen und inneren Spannungen zu vermeiden. Sie werden als feuerfeste Steine und bei der Herstellung von Motoren verwendet.

Steinzeug

Steinzeug ist ein glasiertes Keramikmaterial, das aus einer Paste aus plastischem Ton und Quarzsand hergestellt wird. Es wird zur Herstellung von robusten, nicht porösen Gegenständen und feuerfesten Materialien verwendet.

Glas

Glas ist ein amorphes, transparentes, hartes und bei Raumtemperatur sprödes Material. Es ist beständig gegen die meisten chemischen Reagenzien und hat eine hohe Zugfestigkeit. Es wird durch Schmelzen einer Mischung aus folgenden Stoffen gewonnen:

1. Quarzsand: Der Hauptbestandteil von Glas, der ihm mechanische Festigkeit verleiht.
2. Kalkstein: Die stabilisierende Komponente.
3. Soda: Wirkt als Flussmittel.

In der Regel werden Komponenten wie Oxide von Natrium, Kalium, Aluminium, Bor und Blei hinzugefügt.

Arten von Glas

1. Flachglas: Besteht aus Soda, Quarz und Kalk. Wird für Fenster, Spiegel und Tische verwendet. Die Herstellung erfolgt durch Flotation.
2. Hohlglas: Besteht aus Quarz, Soda und Kalk. Es wird zur Herstellung von Flaschen, Gläsern und Behältern verwendet. Die Herstellung erfolgt durch Blasen, entweder handwerklich oder automatisch. Bei der handwerklichen Methode wird ein hohles Rohr in das Glas eingeführt und von dort aus in die gewünschte Form geblasen. Nach dem Abkühlen, einem sehr langsamen Prozess, wird das Glasstück entnommen. Bei der automatischen Methode passt sich das Glas an die Wände einer Form an, die sich später öffnet und das produzierte Teil entnimmt.
3. Gussglas: Wird in Form von Platten mit unterschiedlichen Dicken und Oberflächen hergestellt. Die Herstellung erfolgt durch Gießen und Walzen. Das Glas wird in eine Form gegossen und dann mit einer eisernen Walze in die gewünschte Form gebracht.
4. Pressglas: Wird durch Gießen von geschmolzenem Glas in eine Metallform und anschließendes Pressen hergestellt. Es werden Objekte mit dicken Wänden wie Ziegel und Fliesen hergestellt.
5. Glasfaser: Wird hergestellt, indem Glas durch eine Düse mit Öffnungen von weniger als 0,1 mm Durchmesser gepresst wird. Es wird zur Herstellung von Dämmstoffen, Dachbahnen, Lichtwellenleitern und in der Medizin verwendet.

Derivate von Glas

1. Fensterglas: Hergestellt aus Flachglas in verschiedenen Dicken von 2 bis 19 mm. Das Material ist transparent für sichtbares Licht, bietet eine gute Schalldämmung und ist sehr widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse.
2. Drahtglas: Gussglas, in das während des Walzprozesses ein Drahtgewebe eingelegt wird.
3. Sicherheitsglas: Flachglas, das aus einer oder mehreren Schichten bestehen kann. Einscheibensicherheitsglas (ESG) wird durch Erhitzen auf etwa 600 °C und anschließendes schnelles Abkühlen hergestellt. Es wird für Tische, Türen, Vordächer, Balkone und Treppen verwendet. Verbundsicherheitsglas (VSG) besteht aus zwei oder mehr Glasschichten, die durch eine transparente Kunststoffschicht verbunden sind. Es wird für Schaufenster von Juweliergeschäften, Finanzinstituten und im Automobilbau verwendet.
4. Antireflexglas: Flachglas, dessen Oberflächen mit einer harten und widerstandsfähigen Beschichtung versehen sind, die Lichtreflexionen verhindert. Die Transparenz ist die gleiche wie bei Fensterglas, weshalb es für Tische, Schränke und Schaufenster verwendet wird.

Agglomerierte Materialien

Diese Materialien haben die Eigenschaft, zu erstarren und auszuhärten, wodurch sie als Bindemittel für andere heterogene Materialien im Bauwesen verwendet werden können.

Luftbinder

Enthalten keinen Ton und erstarren und härten nur an der Luft aus. Zu dieser Gruppe gehören Gips und Kalk.

Hydraulische Binder

Enthalten eine beträchtliche Menge an Ton. Die Aushärtung dieser Bindemittel erfolgt sowohl an der Luft als auch im Wasser. Zu dieser Gruppe gehören hydraulischer Kalk, Zement und Puzzolane.

Gips

Gips ist ein Mineral, das natürlicherweise in großen, kompakten, körnigen Massen vorkommt, manchmal auch in Form von nadelförmigen Kristallen. Im Allgemeinen wird Gips aus Steinbrüchen gewonnen, die im Freien betrieben werden. Gips kann auf verschiedene Arten gebrannt werden:

1. Traditionelles Verfahren: Verwendung von Holz als Brennstoff. Das erhaltene Material hat eine gräuliche Farbe.
2. Kubanische Öfen: Der obere Teil des Ofens wird mit Gips gefüllt und der untere Teil bleibt leer, wodurch ein Gips von besserer Qualität gewonnen wird.
3. Drehöfen: Die modernste Methode, die eine gleichmäßige Dehydratisierung ermöglicht.

Die Kombination dieser Faktoren führt zu vielen Arten von Gips mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften. In Spanien wird Gips in drei Hauptkategorien eingeteilt:

1. Schwarzer Gips: Für Gips- und Putzarbeiten, die nicht sichtbar sind.
2. Weicher Gips: Reiner als schwarzer Gips. Er wird für Putz und Stuck an sichtbaren Wänden verwendet.
3. Stuckgips: Hohe Qualität. Wird für die Innenausstattung verwendet.

Gebrannter Gips wird mit einer variablen Menge Wasser zu einer Paste oder einem Mörtel vermischt. Je geringer der Wasseranteil ist, desto höher ist die erreichte Härte und die Abbindegeschwindigkeit. Das Anmischen kann von Hand oder maschinell erfolgen. Die Hauptnachteile von Gips sind seine geringe Festigkeit und seine hohe Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit. Er wird für Säulen, Wände, Trennwände, Putz, Fußböden und Decken verwendet.

Luftkalk

Luftkalk, auch bekannt als Branntkalk, wird durch Kalzinierung von Kalkstein bei 900 °C gewonnen. Gelöschter Kalk ist Kalziumhydroxid. Kalkpaste härtet langsam an der Luft aus, indem sie zuerst Wasser verliert und dann mit CO2 reagiert.

Hydraulischer Kalk

Hydraulischer Kalk wird aus Kalkstein mit Tonanteil gewonnen. Er wird für Putz, Verputz und Beschichtungen verwendet.

Puzzolane

Puzzolane sind pulverförmige, siliziumdioxidhaltige Substanzen, die mit Kalk vermischt werden, um hydraulische Bindemittel zu erzeugen. Es gibt zwei Arten:

1. Natürliche Puzzolane: Müssen vor der Verwendung gemahlen werden.
2. Künstliche Puzzolane: Entstehen durch schnelles Erhitzen und Abkühlen von Tonen und Schiefer.

Zement

Zement ist ein pulverförmiges Material, das mit Wasser vermischt wird, um eine Masse zu bilden, die ihre Form behält und an der Luft aushärtet. Der wichtigste Zement ist Portlandzement. Der Produktionsprozess besteht aus folgenden Schritten:

1. Vorbereitung der Rohstoffe: Die Rohstoffe werden zerkleinert und gemahlen.
2. Brennen: Erfolgt in einem Drehrohrofen mit Kohlenstaub als Brennstoff. Am Ende des Ofens wird der Klinker abgekühlt und gelagert.
3. Mahlen: Der Klinker wird in Mühlen mit Wasser gemahlen und anschließend in Silos gelagert und in Papiersäcken verpackt.

Zement wird im Bauwesen als Bindemittel in Form von Mörtel und Beton verwendet.

Zementmörtel

Besteht aus Zement, Sand und Wasser.

Beton

Besteht aus Zement, Sand, Kies, Splitt und Wasser. Die Zementmenge pro Kubikmeter Beton bestimmt seine mechanische Festigkeit und Wasserbeständigkeit. Zu viel Zement kann zu Rissen führen, daher sollte die Zementmenge 460 kg/m3 nicht überschreiten. Zugspannungen haben einen mehr oder weniger starken Einfluss auf die Festigkeit von Beton. Manchmal werden dem Beton Zusatzmittel beigegeben, um seine Eigenschaften zu verbessern oder zu verändern, z. B. Beschleuniger, Verzögerer, Luftporenbildner oder Weichmacher. Der größte Nachteil von Beton ist seine geringe Zugfestigkeit, daher wird er nur in Konstruktionen verwendet, die Druckbelastungen standhalten müssen.

Stahlbeton

Stahlbeton wird hergestellt, indem vor dem Aushärten des Betons ein Stahlgerüst in den Beton eingelegt wird, das die Zugkräfte aufnimmt. Stahl wird verwendet, weil sein Ausdehnungskoeffizient dem von Beton entspricht. Der Stahl haftet durch Reibung am Beton. Der wesentliche Vorteil von Stahlbeton ist seine Formbarkeit.

Spannbeton

Beim Spannbeton werden Stahlstränge vorgespannt, bevor der Beton gegossen wird. Sobald der Beton ausgehärtet ist, versucht der Stahl, seine ursprüngliche Länge wiederzuerlangen, wodurch der Beton zusätzlich komprimiert wird und seine Festigkeit erhöht wird.

Fertigteile

Kunststein besteht aus Natursteinsplittern, die mit Beton verbunden sind. Er ist einfacher und billiger als Naturstein.

Ziegel

Ziegel werden durch Brennen von Hochofenzement in Formen hergestellt.

Faserzement

Faserzement wird durch Zugabe von Asbestfasern zu Zement hergestellt, um seine Zug- und Biegefestigkeit zu erhöhen. Zement mit Glasfasern verstärkt ist ein Material mit guter Wärmeisolierung und Feuerbeständigkeit. Beton mit 0,5 % Kohlenstofffasern erhöht seine Festigkeit und ermöglicht die Herstellung von Materialien, die als Sensoren dienen können.