07.10.2013 Aufrufe

Trübungserscheinungen an glasierten Dachziegeln ... - Bauverlag

Trübungserscheinungen an glasierten Dachziegeln ... - Bauverlag

Trübungserscheinungen an glasierten Dachziegeln ... - Bauverlag

MEHR ANZEIGEN
WENIGER ANZEIGEN

Verwandeln Sie Ihre PDFs in ePaper und steigern Sie Ihre Umsätze!

Nutzen Sie SEO-optimierte ePaper, starke Backlinks und multimediale Inhalte, um Ihre Produkte professionell zu präsentieren und Ihre Reichweite signifikant zu maximieren.

<strong>Trübungserscheinungen</strong><br />

<strong>an</strong> <strong>glasierten</strong> <strong>Dachziegeln</strong><br />

durch Anhydritauswaschungen<br />

In der Verg<strong>an</strong>genheit traten in Einzelfällen weiß<br />

erscheinende Trübungen <strong>an</strong> bewitterten <strong>Dachziegeln</strong><br />

auf. Bei diesen h<strong>an</strong>delt es sich nicht um<br />

kristalline Phasen, sondern um Hohlräume, die durch<br />

Anhydritauswaschungen erzeugt wurden. Die<br />

dadurch entst<strong>an</strong>dene Schwammstruktur lässt die<br />

Glasur trüb erscheinen. Der Beitrag stellt die Ursachen<br />

der Trübung dar und Möglichkeiten zur<br />

Vermeidung vor. Aktuell scheinen die Ursachen der<br />

Trübung erk<strong>an</strong>nt und behoben worden zu sein.<br />

Einleitung<br />

Seit einigen Jahren werden immer mehr Dachziegel glasiert<br />

oder engobiert, da viele Verbraucher verstärkten Wert auf ein<br />

individuelles Erscheinungsbild ihres Hauses legen. Trotz der<br />

ausgezeichneten Qualität der h<strong>an</strong>delsüblichen Glasuren und<br />

Engoben traten in der Verg<strong>an</strong>genheit in Einzelfällen unerwünschte<br />

Eintrübungen bei vorwiegend tr<strong>an</strong>sparent <strong>glasierten</strong><br />

<strong>Dachziegeln</strong> auf. Diese Eintrübungen bildeten sich unabhängig<br />

vom Ziegel- oder Glasurproduzenten. Analysen des<br />

aufgeprägten Pressdatums zeigten, dass nur Ziegel eines<br />

begrenzten Produktionszeitraumes, vereinzelt die gesamte<br />

Produktionsmenge, teilweise aber auch nur Bruchteile einer<br />

Glasierkampagne betroffen waren. Die Trübung der Dachziegel<br />

trat erst nach einer Bewitterungszeit von mehr als einem<br />

Jahr auf. Das bedeutet, dass die Ziegel den Produktionsort<br />

ohne optische Auffälligkeiten verlassen haben. Die Trübung<br />

stellte sich als eine weiß erscheinende Verfärbung der direkt<br />

bewitterten Bereiche der Dachziegel dar, wogegen die überlappten<br />

Gebiete ohne sichtbaren M<strong>an</strong>gel waren. Die Trübung<br />

war besonders deutlich auf trockenen <strong>Dachziegeln</strong> zu erkennen.<br />

26 ZI 6/2003<br />

Analyse der getrübten Bereiche<br />

Lichtmikroskopie<br />

Bei 20- bis 50facher Vergrößerung sind in der Aufsicht<br />

schneeflockenartige Gebilde im Inneren der Glasurschicht zu<br />

erkennen. Diese Gebilde sind zwischen 50 µm und einigen<br />

Millimetern groß. Die Dachziegeloberflächen sind nicht ideal<br />

eben; es existieren Hügel und feinste Vertiefungen, welche<br />

gleichmäßig über den Ziegel verteilt sind, unabhängig vom<br />

Auftreten der Eintrübungen.<br />

Dr. Jörg Keyn*<br />

Clouding on roof tiles<br />

with glazes caused by<br />

<strong>an</strong>hydrite leaching<br />

In the past, whitish-looking clouding has sporadically<br />

appeared on weathered roof tiles. This clouding is<br />

not the result of crystalline phases, but pores caused<br />

by the leaching of <strong>an</strong>hydrite out of the glaze. The<br />

resulting sponge structure makes the glaze appear<br />

cloudy. This paper presents the reasons for this<br />

clouding <strong>an</strong>d possibilities for avoiding it. The current<br />

situation is that the causes for the clouding<br />

seem to have been identified <strong>an</strong>d eliminated.<br />

Introduction<br />

Recent years have seen more <strong>an</strong>d more roof tiles being glazed<br />

or engobed as m<strong>an</strong>y consumers are attaching greater value to<br />

creating <strong>an</strong> individual appear<strong>an</strong>ce for their house. Despite the<br />

outst<strong>an</strong>ding quality of commercially available glazes <strong>an</strong>d<br />

engobes, in the past, unw<strong>an</strong>ted clouding has sporadically<br />

appeared, particularly on roof tiles with tr<strong>an</strong>sparent glazes.<br />

This clouding formed irrespective of the producer of the roof<br />

tile or of the glaze. Analyses of the imprinted pressing date<br />

have shown that only tiles of a limited production period are<br />

affected – in isolated cases the entire production output, but<br />

at other times only small parts of one glazing campaign. The<br />

clouding of the roof tile appeared only after weathering for<br />

over one year. This me<strong>an</strong>s that the roof tiles left the production<br />

pl<strong>an</strong>t without <strong>an</strong>y visually noticeable differences. The<br />

clouding could be described as a whitish discoloration of the<br />

directly weathered areas of the roof tile, although overlapped<br />

areas had no visible flaws. The clouding was particularly<br />

noticeable on dry roof tiles.<br />

Analysis of the clouded areas<br />

Optical microscopy<br />

At a magnification of 20 to 50 x, snowflake-like formations<br />

c<strong>an</strong> be detected inside the glaze layer. These formations<br />

* Ferro GmbH, D-60039 Fr<strong>an</strong>kfurt am Main * Ferro GmbH, D-60039 Fr<strong>an</strong>kfurt am Main


Bild 1: Glasurbereich mit <strong>Trübungserscheinungen</strong> im Querbruch;<br />

REM-Übersicht, SE-Kontrast<br />

Fig. 1: Glaze area with clouding in the cross fracture;<br />

SEM overview, SE contrast<br />

Rasterelekronenmikroskopie (REM)/Energiedispersive<br />

Röntgen<strong>an</strong>alyse (EDX)<br />

Bild 1 stellt einen Blick schräg auf die Bruchk<strong>an</strong>te des geschädigten<br />

Bereiches eines Dachziegels dar. Im unteren Bereich ist<br />

der Scherben mit der circa 70 µm dicken Glasurschicht und<br />

im oberen Bereich eine Aufsicht auf die Glasuroberfläche zu<br />

sehen. Die Glasuroberfläche weist Hügel und Vertiefungen<br />

auf, ist aber als intakt zu bezeichnen. In der Glasurschicht fallen<br />

hell kontrastierte Strukturen auf.<br />

Die Ausschnittsvergrößerung (Bild 2) lässt erkennen, dass es<br />

sich bei diesen Strukturen um Ketten h<strong>an</strong>delt, die ein Netzwerk<br />

mit einer Maschenweite von 10 bis 30 µm formen. Mit<br />

steigender Vergrößerung wird deutlich, dass sich die Ketten<br />

aus etwa 1 µm großen Teilen zusammensetzen (Bild 3). Da im<br />

Rückstreukontrastverfahren kein Signal zu sehen war, wird<br />

daraus geschlossen, dass es sich dabei um Hohlräume h<strong>an</strong>delt<br />

(Bild 4). Außerdem zeigt eine punktuelle EDX-Analyse der<br />

Strukturen die gleiche chemische Zusammensetzung wie in<br />

der umgebenden Glasur.<br />

Eine REM-Untersuchung des ungetrübten Bereiches am<br />

gleichen Ziegel zeigt in der Sekundärelektronenkontrastaufnahme<br />

zunächst nichts Auffälliges (Bild 5). Die Abbildung<br />

ist mit Bild 1 vergleichbar, die hell kontrastierten Strukturen in<br />

der Glasurschicht fehlen jedoch. Mit zunehmender Vergrößerung<br />

(Bild 6) werden wieder kettenartige Strukturen<br />

sichtbar, die Morphologie dieser Ketten entspricht der im<br />

getrübten Bereich. Der Kontrast ist jedoch wesentlich<br />

schwächer.<br />

Unter Verwendung der Rückstreukontrastmethode (Bild 7)<br />

erscheinen die Ketten hell und aus etwa 1 µm großen Partikeln<br />

zusammengesetzt. Auf Grund des hellen Kontrastes wird<br />

geschlossen, dass es sich um ein elektronenoptisch dichteres,<br />

stärker rückstreuendes Material h<strong>an</strong>deln muss als bei dem<br />

umgebenden Glas. Die EDX-Analyse weist <strong>an</strong> diesen Stellen<br />

signifik<strong>an</strong>t höhere Calcium- und Schwefelkonzentrationen auf<br />

(Tabelle 1).<br />

Die Analyse von reinem Kettenmaterial gel<strong>an</strong>g nicht, da das<br />

Verfahren neben den Kettenpartikeln immer die Glasurmatrix<br />

miterfasste.<br />

Bild 2: Ausschnittsvergrößerungen von Bild 1<br />

Fig. 2: Magnifications of sections of Fig. 1<br />

measure between 50 µm <strong>an</strong>d several millimetres in size. The<br />

roof tile surfaces are not perfectly even; hills <strong>an</strong>d extremely<br />

fine valleys are uniformly distributed over the roof tile independent<br />

of clouding.<br />

Tabelle 1: EDX-Analysen der Glasuren auf getrübten<br />

<strong>Dachziegeln</strong> (SO3- und CaO-Werte)*<br />

Table 1: EDX <strong>an</strong>alyses of the glazes on clouded roof tiles<br />

(SO3 <strong>an</strong>d CaO values)*<br />

Ziegel Bereich Analyse SO3 CaO<br />

Tile Area über/in [Masse-%] [Masse-%]<br />

Analysis SO3 CaO<br />

over/in [mass %] [mass %]<br />

A Ungetrübt Querschnitt 2.7 6.0<br />

Unclouded Cross-section<br />

Kettenstruktur<br />

Chain<br />

structure<br />

18.3 13.1<br />

Getrübt Querschnitt 1.9 5.5<br />

Clouded Cross-section<br />

Kettenstruktur<br />

Chain<br />

structure<br />

0.4 4.9<br />

B Ungetrübt Querschnitt 4.5 6.2<br />

Unclouded Cross-section<br />

Kettenstruktur<br />

Chain<br />

structure<br />

20.5 12.0<br />

Getrübt Querschnitt 1.0 6.0<br />

clouded Cross-section<br />

Kettenstruktur<br />

Chain<br />

structure<br />

0.8 6.2<br />

* Untersucht wurden Bruchflächen. Die Analysen sind als halbqu<strong>an</strong>titativ zu<br />

bezeichnen. Die Unsicherheit liegt in der Größenordnung von 2 Masse-%<br />

* Fracture surfaces were tested. The <strong>an</strong>alyses c<strong>an</strong> be described as semi-qu<strong>an</strong>titative.<br />

The uncertainty is in the r<strong>an</strong>ge of 2 mass %<br />

ZI 6/2003<br />

27


Bild 3: Hohlraumstruktur in getrübter Glasur, REM, SE Kontrast<br />

Fig. 3: Pore structure in the clouded glaze, SEM, SE contrast<br />

Schlussfolgerung<br />

Die Kettenstrukturen im Bereich der Glasurverfärbung sind<br />

keine kristalline Phase, sondern Hohlräume. Durch diese wird<br />

eine Art Schwammstruktur erzeugt, welche die Glasur trüb<br />

erscheinen lässt. Diese Beobachtung wird durch die Tatsache<br />

untermauert, dass die Trübung bei feuchten Ziegeln weniger<br />

deutlich sichtbar ist. Die Hohlräume sind im feuchten Zust<strong>an</strong>d<br />

mit Wasser gefüllt, und der Brechungsindex der Hohlräume<br />

ist dem des Glases ähnlicher als der Brechungsindex beim<br />

Lufteinschluss.<br />

Röntgenbeugung<br />

Für diese Untersuchung wurden circa 15 mm x 15 mm große<br />

Proben aus den <strong>Dachziegeln</strong> gesägt. Mittels Röntgen<strong>an</strong>alyse<br />

(Philips PW 1800, CuK-Strahlung) wurden in der gebr<strong>an</strong>nten<br />

Glasur Zirkon Zr(SiO4) und Anhydrit Ca(SO)4 nachgewiesen.<br />

Nach der Rietveld-Methode [1, 2] konnten bei <strong>an</strong>hydritreichen<br />

Ziegeln dem Beugungsdiagramm acht überlagerungsfreie<br />

Anhydritreflexe zugeordnet werden. Im gezeigten<br />

Bild 5: Ungetrübtes Glasurgebiet im Querbruch, gleicher Ziegel<br />

wie in Bild 1; REM-Übersicht, SE-Kontrast<br />

Fig. 5: Unclouded glaze area in the cross fracture, same tile as in<br />

Fig. 1; SEM, SE contrast<br />

28 ZI 6/2003<br />

Bild 4: Wie Bild 3; REM, Rückstreukontrast<br />

Fig. 4: As Fig. 3; SEM, backscattering contrast<br />

Sc<strong>an</strong>ning electron microscopy (SEM)/energy dispersive<br />

X-ray <strong>an</strong>alysis (EDX)<br />

Fig. 1 shows <strong>an</strong> oblique view of the fracture edge of the damaged<br />

area of a roof tile. The lower section shows the body of<br />

the tile with <strong>an</strong> around 70-µm-thick glaze layer while the<br />

upper section shows <strong>an</strong> image of the glaze surface. The glaze<br />

surface has hills <strong>an</strong>d valleys, but c<strong>an</strong> be described as intact. In the<br />

glaze layer, there are conspicuous light-contrasted structures.<br />

Magnification of this section (Fig. 2) shows that these structures<br />

are in fact chains that form a network with a mesh<br />

width of 10 to 30 µm. As magnification is increased, it<br />

becomes clear that the chains are made up of pieces measuring<br />

around 1 µm in size (Fig. 3). As no signal could be detected<br />

in the backscattering contrast, it c<strong>an</strong> be concluded that<br />

these are pores (Fig. 4). Moreover, spot EDX <strong>an</strong>alysis of the<br />

structures reveals the same chemical composition as in the<br />

surrounding glaze.<br />

An SEM <strong>an</strong>alysis of <strong>an</strong> unclouded area of the same roof tile<br />

does not initially show <strong>an</strong>ything unusual in the secondary<br />

electron contrast images (Fig. 5). The image is comparable<br />

with that in Fig. 1; however, the light-contrasted structures in<br />

the glaze layer are absent. As magnification is increased<br />

(Fig. 6), chain-like structures again become visible, the morphology<br />

of these chains corresponding to that in the clouded<br />

area. The contrast is, however, much weaker.<br />

With use of the backscattering contrast method (Fig. 7), the<br />

chains appear bright, consisting of particles measuring<br />

around 1 µm in size. Owing to the light contrast, it c<strong>an</strong> be<br />

concluded that the material must be a more electronoptically<br />

dense material with stronger back scattering th<strong>an</strong> the surrounding<br />

glaze. EDX <strong>an</strong>alysis shows signific<strong>an</strong>tly higher calcium<br />

<strong>an</strong>d sulphur concentrations at these spots (Table 1).<br />

The <strong>an</strong>alysis of pure chain material was not successful as the<br />

process always <strong>an</strong>alysed the glaze matrix along with the chain<br />

particles.<br />

Conclusion<br />

The chain structures in the area of glaze discoloration are<br />

not crystalline phase, but pores. These lead to the formation<br />

of a sponge structure, making the glaze appear cloudy. This<br />

observation is supported by the fact that the clouding is<br />

much less visible when the roof tiles are wet. In the wet state,<br />

the pores are filled with water <strong>an</strong>d the refractive index of<br />

the pores is more similar to that of the glaze th<strong>an</strong> the refractive<br />

index of pores with entrapped air.


Bild 6: Ungetrübtes Glasurgebiet im Querbruch; REM,<br />

SE-Kontrast<br />

Fig. 6: Unclouded glaze area in the cross fracture; SEM,<br />

SE contrast<br />

Beispiel sind die ersten fünf Reflexe deutlich zu sehen, die letzten<br />

drei Reflexe mit 2 > 50° können nur durch das Reflexsuchprogramm<br />

bestätigt werden (Bild 8).<br />

Der Vergleich der Beugungsdiagramme von getrübten und<br />

ungetrübten Stellen eines Ziegels im Bereich des stärksten<br />

Anhydritreflexes (Bilder 9 und 10) liefert dasselbe Ergebnis<br />

wie die EDX-Analysen. So ist <strong>an</strong> der ungetrübten Stelle der<br />

stärkste Anhydritreflex wesentlich intensiver als <strong>an</strong> der getrübten<br />

Stelle. Hier wird lediglich ein Signal gemessen, welches<br />

leicht oberhalb des Untergrundes liegt.<br />

Schlussfolgerung<br />

Die Trübung entsteht durch das Herauslösen der primär vorh<strong>an</strong>denen<br />

Anhydritketten. Die verbleibende Hohlraumstruktur<br />

lässt diese Stellen trüb erscheinen.<br />

Modell zur Anhydritbildung<br />

Um eine Trübung von vornherein auszuschließen, muss zunächst<br />

geklärt werden, wie sich Anhydrit bildet und wie er<br />

herausgelöst wird.<br />

Anhydrit entsteht während der Erweichung der Glasur. Auf<br />

der Oberfläche der noch nicht verschmolzenen Frittekörner<br />

(mittlere Korngröße 10 bis 30 µm) reagiert SO3 aus dem<br />

Rauchgas mit CaO aus dem Glas. Es entsteht ein räumliches<br />

Netzwerk von Anhydrit. Mit dem Schmelzen der Glasur wird<br />

die Anhydritbildung abgebrochen. Die Anhydritkristalle sind<br />

in der Glasur eingeschlossen und damit stabilisiert. Der weitere<br />

Temperatur- und Schmelzverlauf bewirkt keine Auflösung<br />

des Anhydrites.<br />

Die Menge des gebildeten Anhydrites ist von der Zeit abhängig,<br />

welche die Ziegel im Temperaturintervall zwischen Erweichungsbeginn<br />

und Schmelzen der Glasur verweilen. Die<br />

Anhydritbildung hängt vom Auftreten von Calcium in der Fritte<br />

ab. Die Neigung zur Anhydritbildung ist über das gängige<br />

Intervall von 2 % bis 10 % CaO in der Glasur relativ konst<strong>an</strong>t.<br />

Weiterhin wird durch Zugabe von Calcit oder Gips zur Glasur<br />

oder zur Masse sowie durch das Verwenden von kalkhaltigem<br />

Wasser die Anhydritbildung nicht verstärkt. Die Zugabe<br />

von Wollastonit zur Glasur erhöht dagegen die Anhydritbildung.<br />

Die zweite notwendige Komponente für die Anhydritbildung<br />

ist SO3. Ziegelmassen enthalten in der Regel weniger als<br />

Bild 7: Wie Bild 6; REM, Rückstreukontrast<br />

Fig. 7: As Fig. 6; SEM, backscattering contrast<br />

X-ray diffraction<br />

For this test, specimens measuring around 15 mm x 15 mm<br />

in size were sawn out of the roof tiles. By me<strong>an</strong>s of X-ray<br />

<strong>an</strong>alysis (Philips PW 1800, CuK radiation), zircon Zr(SiO4)<br />

<strong>an</strong>d <strong>an</strong>hydrite Ca(SO)4 were detected in the fired glaze.<br />

According to the Rietveld method [1, 2], for high-<strong>an</strong>hydrite<br />

tiles, eight non-overlapping <strong>an</strong>hydrite reflections could be<br />

assigned to the diffraction diagram. In the example shown,<br />

the first five reflections c<strong>an</strong> be clearly seen, the last three<br />

Bild 8: Rietveld-Verfeinerung <strong>an</strong> <strong>an</strong>hydritreicher Dachziegelglasur<br />

a) rot – gemessenes, blau – berechnetes Beugungsdiagramm im<br />

Bereich 2 = 17–55°<br />

b) Differenzplot (rot); grün – Zirkonreflexe; blau – Anhydritreflexe<br />

Fig. 8: Rietveld refinement of a high-<strong>an</strong>hydrite roof tile glaze<br />

a) red – measured, blue – calculated diffraction diagram in the<br />

r<strong>an</strong>ge 2 = 17–55°<br />

b) Differential plot (red); green – zircon reflections; blue –<br />

<strong>an</strong>hydrite reflections<br />

ZI 6/2003<br />

29


Bild 9: XRD- Analyse im Winkelbereich des stärksten Anhydrit-<br />

Reflexes <strong>an</strong> ungetrübter Stelle, Reflexe Anhydrit (020) und<br />

Zirkon (200)<br />

Fig. 9: XRD <strong>an</strong>alysis in the <strong>an</strong>gular r<strong>an</strong>ge of the strongest <strong>an</strong>hydrite<br />

reflection at <strong>an</strong> unclouded area, reflections <strong>an</strong>hydrite (020)<br />

<strong>an</strong>d zircon (200)<br />

0,1 % SO3. Mineralogisch tritt der Schwefel als Pyrit, als Sulfat<br />

oder org<strong>an</strong>isch gebunden auf. Je nach Herkunft k<strong>an</strong>n der<br />

Schwefelgehalt des Tonrohstoffs stark variieren. Die prozentuale<br />

Schwefelmenge ist zwar relativ klein, es k<strong>an</strong>n sich<br />

jedoch eine gesättigte SO3-Atmosphäre im Ofen befinden.<br />

Die Abgabe von SOx in die Ofenatmospäre erfolgt im Wesentlichen<br />

zwischen 400 und 600 °C [3]. Die Anhydritbildung<br />

wird durch Absaugen dieses Rauchgases verhindert. Es h<strong>an</strong>delt<br />

sich jedoch für die vorliegenden Brennaggregate um<br />

einen energetisch unwirtschaftlichen Ansatz. Direkt dem<br />

Rauchgasstrom ausgesetzte Ziegel zeigen erhöhte Anhydritwerte,<br />

wie auch einzelne unglasierte Ziegel zwischen unglasierter<br />

Ware oder die ersten Ofenwagen. Im Laborofen entsteht<br />

kein Anhydrit, da hier die Mengen <strong>an</strong> Schwefel pro<br />

Volumeneinheit zu gering sind.<br />

Tabelle 2: Anhydritwerte (XRD) und Trübungswahrscheinlichkeit<br />

Table 2: Anhydrite values (XRD) <strong>an</strong>d clouding probability<br />

1. Anhydritwert (*) > 400 Impulse: Diese Produkte zeigen mit großer<br />

Wahrscheinlichkeit nach ein bis zwei<br />

Jahren eine Trübung.<br />

Anhydrite value (*) > 400 pulses: It is highly probable that these<br />

products will suffer clouding after<br />

one to two years.<br />

2. Anhydritwert (*) ≤ 200 Impulse: Bei diesen Produkten tritt nach ein<br />

bis zwei Jahren mit großer Wahrscheinlichkeit<br />

keine Trübung auf.<br />

Anhydrite value (*) ≤ 200 pulses: It is highly probable that these<br />

products will not suffer <strong>an</strong>y clouding<br />

after one to two years.<br />

3. Kein Nachweis <strong>an</strong> Anhydrit oder Es ist generell keine Trübung durch<br />

Werte <strong>an</strong> Nachweisgrenze: Auswaschung von Anhydrit zu<br />

erwarten.<br />

No <strong>an</strong>hydrite detected or values Generally no clouding c<strong>an</strong> be at<br />

detection limit: detection limit:expected as a result<br />

of <strong>an</strong>hydrite leaching.<br />

(*) Die Werte beziehen sich auf die hier <strong>an</strong>gew<strong>an</strong>dten Mess- und Präparationsbedingungen<br />

(*) The values are based on the measurement <strong>an</strong>d preparation conditions applied here<br />

30 ZI 6/2003<br />

reflections with 2 > 50° c<strong>an</strong> only be confirmed by the reflection<br />

search program (Fig. 8).<br />

The comparison of the diffraction diagrams of clouded <strong>an</strong>d<br />

unclouded parts of a roof tile in the r<strong>an</strong>ge of the strongest<br />

<strong>an</strong>hydrite reflection (Figs. 9 <strong>an</strong>d 10) returns the same result as<br />

the EDX <strong>an</strong>alyses. Thus, in the unclouded area of the tile,<br />

the strongest <strong>an</strong>hydrite reflection is much more intensive th<strong>an</strong> in<br />

the clouded area. The signal here is slightly above the backround.<br />

Conclusion<br />

Clouding results from the leaching out of primarily existing<br />

<strong>an</strong>hydrite chains. The remaining pore structure makes these<br />

spots appear clouded.<br />

Model for <strong>an</strong>hydrite formation<br />

To eliminate clouding from the start, it is first necessary to<br />

clarify how the <strong>an</strong>hydrite is formed <strong>an</strong>d how it is leached out<br />

of the glaze.<br />

Anhydrite is formed during softening of the glaze. On the surface<br />

of the not yet melted frit particles (me<strong>an</strong> particle size<br />

10 to 30 µm), SO3 from the flue gas reacts with CaO from the<br />

glass. A spatial network of <strong>an</strong>hydrite is formed. As the glaze<br />

melts, the formation of <strong>an</strong>hydrite is stopped. The <strong>an</strong>hydrite<br />

crystals are trapped with the glaze <strong>an</strong>d thus stabilized. The<br />

further course of the temperature <strong>an</strong>d development of the<br />

glaze does not cause the <strong>an</strong>hydrite to dissolve.<br />

The qu<strong>an</strong>tity of the <strong>an</strong>hydrite formed depends on time<br />

the tiles spend in the temperature interval between the<br />

start of softening <strong>an</strong>d the melting of the glaze. Anhydrite formation<br />

depends on the presence of calcium in the frit. The<br />

tendency towards <strong>an</strong>hydrite formation is relatively const<strong>an</strong>t<br />

over the st<strong>an</strong>dard interval of 2% to 10% CaO in the glaze.<br />

Furthermore, the addition of calcite or gypsum to the glaze or<br />

to the body or the use of hard water does not lead to intensified<br />

formation of <strong>an</strong>hydrite. On the other h<strong>an</strong>d, the addition<br />

of wollastonite to the glaze does increase <strong>an</strong>hydrite formation.<br />

The second component necessary for <strong>an</strong>hydrite formation is<br />

SO3. Tile bodies generally contain less th<strong>an</strong> 0.1% SO3. Mineralogically,<br />

the sulphur is present as pyrite, as sulphate or<br />

org<strong>an</strong>ically bonded. Depending on its origin, the sulphur content<br />

of the clay raw material c<strong>an</strong> vary widely. The sulphur<br />

amount is relatively low in percentage terms, but a saturated<br />

SO3 atmosphere c<strong>an</strong> be in the kiln. The SOx is essentially<br />

released into the kiln atmosphere between 400 <strong>an</strong>d 600° C<br />

[3]. Anhydrite formation is prevented by extracting this flue<br />

gas. However, for the firing systems commonly used, this<br />

approach is energy inefficient. Tiles exposed directly to the<br />

flow of flue gas have increased <strong>an</strong>hydrite values, as do isolated<br />

glazed tiles between unglazed ware or the first kiln car<br />

loads. In the laboratory kiln, no <strong>an</strong>hydrite is formed as the<br />

amounts of sulphur per unit of volume are too low.<br />

Formation of the sponge structure<br />

Weathering with alternating wetness <strong>an</strong>d dryness causes the<br />

<strong>an</strong>hydrite to dissolve out of the glaze. The drying process or<br />

the heating of the tile plays a key role in this process, as<br />

clouding is only formed on the area exposed to sunlight.<br />

This leaching out of <strong>an</strong>hydrite tends to take place along hairline<br />

cracks, but glazes free of hairline cracks become clouded<br />

too.


Bildung der Schwammstruktur<br />

Durch die Bewitterung und den dadurch bedingten Wechsel<br />

von Feuchtigkeit und Trockenheit wird Anhydrit aus der Glasur<br />

gelöst. Eine Schlüsselrolle hat dabei der Trockenvorg<strong>an</strong>g<br />

bzw. die Erwärmung, da sich die Trübung nur auf dem der<br />

Sonnenstrahlung ausgesetzten Bereich ausbildet. Die Auslaugung<br />

tritt zwar eher entl<strong>an</strong>g von Haarrissen auf, aber auch<br />

haarrissfreie Glasuren trüben sich.<br />

Vermeidung der Anhydritbildung<br />

Da zur Anhydritbildung SO3 und Calcium notwendig sind,<br />

muss mindestens einer dieser Reaktionspartner aus dem<br />

System entfernt werden, um Trübungen zu vermeiden. Sollen<br />

die bisherigen Prozessparameter beibehalten werden, können<br />

Trübungen durch das Verwenden calciumfreier Glasuren ausgeschlossen<br />

werden. Durch prozesstechnische Kontrolle der<br />

Ofenatmosphäre k<strong>an</strong>n der SO3-Gehalt so weit wie möglich<br />

verringert werden, sodass nach wie vor calciumhaltige Glasuren<br />

verarbeitet werden können.<br />

Folgende Verfahrensweisen dienen der Senkung der Anhydritbildung:<br />

n Der Schwefelgehalt der Masse muss unter 0,04 % liegen<br />

n Glasierte und unglasierte Ziegel sollten nicht zusammen<br />

gebr<strong>an</strong>nt werden, da sonst das SO3 nur <strong>an</strong> den <strong>glasierten</strong><br />

Ziegeln gebunden wird<br />

n Glasierte Ziegel sollten nicht bei verlängerter Schubzeit<br />

produziert werden<br />

Die beiden letztgen<strong>an</strong>nten Vorgehensweisen führen zur beobachteten<br />

Trübung von Teilen einer Produktionscharge. Bei zu<br />

hohem SO3-Gehalt der Masse ist meist die gesamte Charge<br />

betroffen.<br />

Nach welcher Bewitterungszeit die <strong>an</strong>hydritbedingten Trübungen<br />

auftreten werden, k<strong>an</strong>n derzeit nicht sicher beurteilt<br />

werden. Lediglich für einen Bewitterungszeitraum von ein bis<br />

zwei Jahren lassen sich Aussagen über die Trübungswahrscheinlichkeit<br />

treffen (Tabelle 2).<br />

Untersucht m<strong>an</strong> heute glasierte Dachziegel auf Anhydrit, liegen<br />

die Werte im Allgemeinen im unteren Bereich, bzw. es ist<br />

kein Anhydrit nachweisbar. Damit scheint das Problem der<br />

Anhydrittrübung beherrscht.<br />

Literatur<br />

[1] X’Pert Plus 1.0: Program for Crystallography <strong>an</strong>d Rietveld <strong>an</strong>alysis.<br />

Philips Electronics N.V. 1999<br />

[2] G.C.H. Cheng, J. Zussm<strong>an</strong>: The crystal structure of <strong>an</strong>hydrite<br />

(CaSO 4 ). Acta Cryst. (1963) 16, 767–769<br />

[3] L. Tourneret, F. Berger, C. Mavon, A. Chambaudet: Ausblühungen<br />

– Studie zur Bildung von Calciumsulfat während des keramischen<br />

Br<strong>an</strong>des. Ziegelindustrie 1999, Heft 6, 15–25<br />

Bild 10: XRD-Analyse im Winkelbereich des stärksten Anhydrit-<br />

Reflexes <strong>an</strong> getrübter Stelle, gleicher Ziegel wie Bild 9,<br />

Reflexe Anhydrit (020) und Zirkon (200)<br />

Fig. 10: XRD <strong>an</strong>alysis in the <strong>an</strong>gular r<strong>an</strong>ge of the strongest<br />

<strong>an</strong>hydrite reflection at a clouded area, same tile as in Fig. 9,<br />

reflections <strong>an</strong>hydrite (020) <strong>an</strong>d zircon (200)<br />

Avoiding <strong>an</strong>hydrite formation<br />

As SO3 <strong>an</strong>d calcium are necessary for the formation of <strong>an</strong>hydrite,<br />

at least one of these reaction partners must be removed<br />

from the system in order to avoid clouding. If the existing<br />

process parameters must be retained, clouding c<strong>an</strong> be eliminated<br />

by the use of calcium-free glazes. Process control of the<br />

kiln atmosphere c<strong>an</strong> minimize the SO3 content, allowing the<br />

continued use of glazes containing calcium.<br />

The following process options c<strong>an</strong> reduce <strong>an</strong>hydrite formation:<br />

n The sulphur content of the body must be below 0.04%<br />

n Glazed <strong>an</strong>d unglazed tiles should not be fired together as<br />

otherwise the SO3 is only bonded at the glazed tiles<br />

n Glazed tiles should not be produced in prolonged firing<br />

cycles<br />

The latter two practices lead to the observed clouding of<br />

parts of a production batch. If the SO3 content of the tile<br />

body is too high, then usually the entire batch is affected.<br />

It is not yet possible to assess with <strong>an</strong>y certainty after what<br />

weathering time clouding is caused by <strong>an</strong>hydrite leaching.<br />

Clouding probability c<strong>an</strong> only be predicted for a weathering<br />

time of one to two years (Table 2).<br />

If the glazed roof tiles are <strong>an</strong>alysed for the presence of <strong>an</strong>hydrite<br />

today, then the values are generally in the lower r<strong>an</strong>ge<br />

or no <strong>an</strong>hydrite c<strong>an</strong> be detected. Therefore the problem of<br />

<strong>an</strong>hydrite clouding seems under control.<br />

Literature<br />

See Germ<strong>an</strong> text.<br />

Aktuelles aus der Br<strong>an</strong>che.<br />

Up to the minute reporting<br />

from the br<strong>an</strong>ch.<br />

Klicken Sie mal rein! Click on now!<br />

www.ZI-Online.info<br />

www.ZI-International.com<br />

ZI 6/2003<br />

31

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!