FWU Schule und Unterricht DVD 46 02601 13 min, Farbe FWU-Klassiker Kalksandstein Seine Herstellung FWU das Medieninstitut der Länder 00
Lernziele nach Lehrplänen und Schulbüchern Den Abbau der Rohstoffe Sand und Kalkstein kennen lernen. Einen Überblick über deren Aufbereitung gewinnen. Die Herstellung von Kalksandsteinen beschreiben können. Zum Inhalt Kalksandsteine sind Mauersteine aus den natürlichen Rohstoffen Kalk, Sand und Wasser. Der Film zeigt Abbau und Aufbereitung dieser Rohstoffe. Produktion und Verarbeitung werden detailliert erläutert. Sand Schwere Radlader oder Schwimmbagger gewinnen den Quarzsand im Trocken- bzw. im Nassabbau. Förderbänder transportieren den Sand zu einer Siebanlage, in der das Grobkorn abgesiebt wird. Das Feinkorn gelangt in einen Sandbunker. Der Sand sollte einen hohen Silikatgehalt (Quarz) haben und eine breite Kornverteilung aufweisen. Abgebaute Lagerstätten werden rekultiviert. Kalk Der Kalk wird in Steinbrüchen als Kalkstein (CaCO 3 ) abgebaut. Radlader befördern die Gesteinsbrocken zum Brecher, der sie mechanisch zerkleinert. Danach transportieren Förderbänder die Kalksteinstücke zum Schachtofen. Hier werden sie bei Temperaturen bis zu 1200 C gebrannt. Aus dem Kalkstein entsteht unter Kohlendioxidabgabe der gebrannte Kalk (CaO). Zu einem feinen Pulver zermahlen gelangt dieser Feinkalk mit Hilfe von Silofahrzeugen zu den Kalksandstein-Werken. Mischen der Rohstoffe Eine computergesteuerte Mischanlage ruft die Rohstoffe Sand, Kalk und Wasser nach vorgegebenen Rezepturen ab. Zuerst kommen Sande in verschiedenen Korngrößen in die Mischanlage (s. Abbildung Pkt. 1). Wasser und Branntkalk werden hinzugegeben und intensiv mit dem Sand gemischt. Danach gelangt das feuchte Kalk-Sand-Gemisch in den Reaktor (s. Abb. Pkt. 2). Löschen des Kalks Im Reaktor löscht der Branntkalk vollständig ab. Der gebrannte Kalk reagiert mit dem zugesetzten Wasser zu Kalkhydrat (Ca(OH) 2 ). Dabei entsteht Wärme. Über einen Nachmischer gelangt das warme Kalk- Sand-Gemisch zu den vollautomatischen Steinpressen (s. Abb. Pkt. 3). Pressen der Steine Die Pressen arbeiten in drei Takten: Füllen der Form mit der Rohmasse, Verdichten und Ausstoßen der Rohlinge. Durch den Pressvorgang erhält der Steinrohling zwar seine endgültige Form und Abmessung, jedoch nicht die notwendige Festigkeit. Präzise Abnahmesysteme setzen die Steinrohlinge auf Härtewagen (Loren) ab. Auf Gleisen gelangen die Loren zu den Härtekesseln (Autoklaven). Härtung der Steine In langen, zylindrischen Druckbehältern werden die Kalksandsteine gehärtet (s. Abb. Pkt. 4). Unter Dampfdruck setzt ein chemischer Prozess ein. Trickaufnahmen und elektronenmikroskopische Bilder verdeutlichen die dabei ablaufenden Vorgänge. Sobald eine ausreichend hohe Festigkeit sicher erreicht ist, kann der Dampfhärteprozess abgeschlossen werden. 2
Qualitätskontrolle In Stichproben wird die Qualität der Steine überprüft. Wichtige Merkmale sind Druckfestigkeit, Abmessungen und Rohdichte. Kalksandsteine sind in DIN 106 genormt und unterliegen einer ständigen Werkseigenen Produktionkontrolle (WPK). Verpackung Die fertigen Kalksandsteine werden paketiert und mit Stahlbändern umreift. Teilweise werden die Steine auch in Kunststofffolien eingeschweißt. Kräne befördern die Steinpakete zum Lagerplatz oder direkt auf einen LKW (s. Abb. Pkt. 5). Verarbeitung Kalksandsteine mit Griffhilfen lassen sich auf der Baustelle gut von Hand vermauern. Mit Hilfe eines Mörtelschlittens trägt der Maurer den Mörtel in der gewünschten Fugendicke auf. Für großformatige Kalksandsteine (KS XL) hat sich das mechanische Versetzen mit Hilfe eines Versetzgerätes (umgangssprachlich auch Minikran genannt) und einer Steinzange bewährt. Mit einem Hub werden bis zu 0,625 m 2 Wandfläche exakt und schnell vermauert. Durch das Nut-Feder-System werden diese Steine geführt. Die Stoßfugen bleiben unvermörtelt. Der Film schließt mit Aufnahmen von verschiedenen Gebäuden aus Kalksandstein. Die Eigenschaften dieses Baustoffes werden im Kommentar zusammengefasst. 3
Ergänzende Informationen 1. Kalkbrennen bis 1200 C CaCO 3 CaO + CO 2 Kalkstein Branntkalk Δ H = + 167 kj Aus fertigungstechnischen Gründen wird der Kalk als gebrannter Kalk (Branntkalk) dem Kalksandsteinwerk zugeführt, obwohl der eigentliche Kalksandstein-Härtungsprozess von gelöschtem Kalk ausgeht. 2. Rohmassebereitung 2.1 Mischen Quarzsande (SiO 2 ) mit unterschiedlicher Korngröße und gebrannter Kalk (CaO) werden nach Masse dosiert (Kalk:Sand = ca. 1:12) und unter Zusatz von Wasser intensiv miteinander vermischt. 2.2 Kalklöschen Das Rohstoffgemisch wird über eine Förderanlage in einen Reaktionsbehälter geleitet. In diesem Behälter löscht der gebrannte Kalk mit dem zugesetzten Wasser zu Kalkhydrat (Ca(OH) 2 ) ab. CaO + H 2 O Ca (OH) 2 Branntkalk Kalkhydrat Δ H = - 63 kj Die Verweildauer im Reaktor beträgt üblicherweise 2 bis 4 Stunden. spezielle Formwerkzeuge. Mit 1000 bis 2000 N/cm 2 wird die Rohmasse in die gewünschte Form gedrückt. Eine Presse produziert 8 bis 10 m 3 Kalksandsteine pro Stunde. 4. Härtung Mit Hilfe von Loren gelangen die Steinrohlinge in die Härtekessel (Autoklaven). Bei einer Temperatur von etwa 200 C werden sie ca. 5 Stunden lang unter einem Dampfdruck von 16 bar gehärtet. Dabei löst sich aus den Quarzkörnern des Sandes Kieselsäure heraus und bildet mit Kalkhydrat Calcium-Silikat-Hydrate. Ca(OH) 2 + SiO 2 + H 2 O (CaO) x (SiO2) y (H 2 O) z Diese Verbindungen, auch CSH-Phasen genannt, verkitten die Sandkörner untereinander und bewirken dadurch die hohe Steinfestigkeit. Die Härtekessel haben einen Durchmesser von 2 m und sind etwa 14 bis 25 m lang. Zur Verwendung Temperatur Druck, Zeit Der Film kann in den allgemeinbildenden Schulen im Rahmen des Themenkomplexes Kalk und Kohlensäure eingesetzt werden. In den beruflichen Schulen eignet er sich für die exemplarische Behandlung eines bestimmten Baustoffes. 3. Formgebung Vollautomatische Pressen formen das Mischgut zu Steinrohlingen. Für jede Steinart wie Voll-, Loch-, Block- und Hohlblocksteine sowie deren Formate gibt es 4
Literatur Gundlach, H.: Dampfgehärtete Baustoffe. Wiesbaden, 1973 Krenkler, K.: Chemie des Bauwesens, Band 2. Heidelberg, 1980 Schiele, E. und Berens, KW.: Kalk. Düsseldorf, 1972 Wendehorst, R. und Spruck, H.: Baustoffkunde. Hannover, 1986 Rich, H.: Kalksandstein Die Maurerfibel. Hannover, 2004 N.N.: Kalksandstein. Erschienen im Fachbuch: Planung, Konstruktion, Ausführung. Hannover, 2008. Produktion Bundesverband Kalksandsteinindustrie ev, Hannover und FWU Institut für Film und Bild, Grünwald 1988 Buch Ulrich Berner Regie Ernst Horstmann Kamera Georg Theilacker Schnitt Dietmar Preuss Ton Bodo Rucker Fachberatung Bundesverband Kalksteinindustrie ev, Hannover Pädagogischer Referent im FWU Ulrich Berner Verleih durch Landes-, Kreis- und Stadtbildstellen/ Medienzentren Verkauf durch FWU Institut für Film und Bild, Grünwald Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2008 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (0 89) 64 97-1 Telefax (0 89) 64 97-300 E-Mail info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet www.fwu.de 5
FWU Schule und Unterricht 46 02601 DVD mit Kapitelanwahlpunkten 13 min, Farbe FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (0 89) 64 97-1 Telefax (0 89) 64 97-300 E-Mail info@fwu.de Internet http://www.fwu.de Zentrale Sammelnummern für unseren Vertrieb: Telefon (0 89) 64 97-4 44 Telefax (0 89) 64 97-2 40 E-Mail vertrieb@fwu.de FWU-Klassiker Kalksandstein Seine Herstellung Die Herstellung des Kalksandsteins beginnt mit der Gewinnung und der Aufbereitung des Sandes. Der Kalk wird als Kalkstein abgebaut, gebrochen und gebrannt. Im Kalksandsteinwerk werden die Rohstoffe gemischt, in Pressen zu Rohlingen geformt und anschließend in Autoklaven gehärtet. Werksangehörige überprüfen in Stichproben Steindruckfestigkeit, Abmessungen und Rohdichte. Spezialfahrzeuge transportieren die paketierten Steine zur Baustelle. Dort werden sie vermauert. Schlagwörter Baustoff, Kalkstein, Kalksandstein, Kalk, Sand, Künstliche Steine Laufzeit: 13 min Kapitelanwahl auf DVD-Video Sprache: Deutsch Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC DVD-Laufwerk und DVD-Player-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/Vista Chemie Angewandte Chemie Technische Chemie Berufliche Bildung Bautechnik Baustoffe Allgemeinbildende Schule (8-10) Berufsbildende Schule GEMA Alle Urheber- und Leistungsschutzrechte vorbehalten. Nicht erlaubte/genehmigte Nutzungen werden zivilund/oder strafrechtlich verfolgt. LEHR- Programm gemäß 14 JuSchG