Calciumsilikat-Wärmedämmstoffe

Calciumsilikat-Wärmedämmstoffe können in die folgenden 3 Kategorien gemäß ihres Raumgewichtes eingeteilt werden:

Leichtes Calciumsilikat; Raumgewicht 200 bis 500 kg/m³
Mittelschweres Calciumsilikat; Raumgewicht 500 bis 1000 kg/m³
Schweres Calciumsilikat; Raumgewicht größer 1000 kg/m³

Calciumsilikat- (CS) Wärmedämmstoffe bestehen im Wesentlichen aus den natürlichen Rohstoffen Kalk und Sand, welche mittels Hydrothermalbehandlung in verschiedene Mineralphasen synthetisiert werden.

Das können sein:

CSH-Phasen; keine geordnete Kristallstruktur; Kristallwasser ca.15 %
Tobermorit; 5 CaO ^. 6 SiO₂ ^. 5,5 H₂O; ca. 10 % Kristallwasser
Xonotlit; 6 CaO ^. 6 SiO₂ ^. H₂O; ca. 3 % Kristallwasser
Wollastonit; CaO ^. SiO₂; kein Kristallwasser

Die Menge an Kristallwasser hat einen Einfluss auf die Schwindung der CS-Wärmedämmstoffe. Je geringer der Kristallwassergehalt je geringer ist die Schwindung unter thermischer Belastung und umso höher ist die Klassifikationstemperatur des Produkts.

Herstellung

Bei der Herstellung von Calciumsilikat-Wärmedämmstoffe werden die feinteiligen Rohstoffe Kalk, Sand und Fasern sowie verschiedener Zusätze in wässriger Lösung homogenisiert und mittels verschiedener Formgebungsverfahren zu Platten geformt.

Beim Hatschek-Verfahren wird aus der Slurry eine dünner Materialfilm mittels einer Pumpe angesaugt und auf eine drehende Formtrommel aufgerollt, bis die gewünschte Materialdicke erreicht ist. Durch Aufschneiden der Rolle entstehen dünne großformatige Platten.

Beim Magnani-Verfahren wird eine dickflüssige Masse über Formbänder und -walzen zum Platten geformt.

Beim Gießverfahren wird die Slurry in große Formen abgegossen.

Beim Filterpress-Verfahren wird die Slurry in einer Formpresse abgefüllt und zu Platten verpresst.

Die Platten bzw. die Gießformen werden in Autoklaven bei hoher Temperatur und hohem Druck erhärtet, anschließend getrocknet und zu Formaten gesägt. Bei einer Sonderform des Filterpress-Verfahrens wird die Slurry in Rührautoklaven vor der Formgebung synthetisiert (Preautoclaving). Die Art der Formgebung hat einen wesentlichen Einfluss auf die möglichen Abmessungen und die Eigenschaften der finalen Erzeugnisse.

Eigenschaften

Eigenschaftsbestimmend bei Calciumsilikat-Wärmedämmstoffen sind:

die Art der Autoklavierung und die dabei erzeugten Mineralphasen
das Raumgewicht und die Festigkeit des Erzeugnisses

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit (WLF) ist die wichtigste Eigenschaft von Calciumsilikat-Wärmedämmstoffen. Infolge einer mikroporösen Materialstruktur ist die Wärmeleitung durch das Material stark unterdrückt. Das Maß der Wärmedämmung wird in W/mK beschrieben und liegt in Abhängigkeit vom Raumgewicht zwischen 0,10 bis 0,40 W/mK. Die Wärmeleitfähigkeit ist temperaturabhängig. Infolge der hohen Anzahl an Mikroporen ist der Anstieg der WLF bei Calciumsilkat gering im Vergleich zu anderen Wärmedämmstoffen. Die Wärmeleitfähigkeit wird nach EN 12667 oder EN 993-14 bestimmt. Diagramm: WLF in Abhängigkeit der Temperatur von a) leichtes Calciumsilikat b) mittelschweres Calciumsilikat c) schweres Calciumsilikat.

Festigkeit

Wärmedämmstoffe werden in der Praxis in der Regel auf Druck belastet. Die Druckfestigkeiten bei CS-Wärmedämmstoffen liegen abhängig vom Raumgewicht zwischen 2 bis 50 N/mm². Bei den im Ofenbau auftretenden Belastungen reichen 2 N/mm² in der Regel aus. Die Kaltdruckfestigkeit wird mit EN 826 gemessen.

Klassifikationstemperatur

Mit EN 1094‑6 wird die Klassifikationstemperatur für CS-Wärmedämmstoffe festgelegt. Dabei darf die Schwindung bei Klassifikationstemperatur und einer Haltezeit von 12 h 2 % nicht überschreiten. Sie ist eine Information zur Anwendung. Üblicherweise werden CS-Wärmedämmstoffe bis 100 K unter der Klassifikationstemperatur verwendet.

Temperaturwechselbeständigkeit

Calciumsilikat-Wärmedämmstoffe sind empfindlich gegenüber schroffen Temperaturwechseln, bedingt einerseits wegen geringer Zugfestigkeit und zum anderen wegen ihrer großen Formate. Daher werde CS-Wärmedämmstoffe im Ofenbau und Anlagenbau nicht frontseitig, sondern als Hinterdämmung eingesetzt.

Anwendungen von Calciumsilikat-Wärmedämmstoffen

Leichte Calciumsilikat-Wärmedämmstoffe werden hauptsächlich im Anlagen- und Ofenbau hinter Feuerleichtsteinen und Massen verwendet, um die Wärmeverluste der Anlagen zu senken. Weiterhin werden CS-Wärmedämmstoffe im Kamin- und Kachelofenbau als Schutz der Anbauwand gegen Überhitzung verwendet, wobei hier eine bautechnische Zulassung/CE-Kennzeichnung notwendig ist. Zunehmend an Bedeutung im Bauwesen gewinnt die Verwendung als „Klimaplatte“ in Innenräumen. Dabei wird neben der Dämmfunktion die Feuchteaufnahme und -abgabe des Materials genutzt und ein angenehmes Wohnklima gewährleistet.

Hauptanwendung mittelschwerer Calciumsilikat-Wärmedämmstoffe ist der bautechnische Brandschutz, beispielsweise zum Schutz von lasttragenden Konstruktionen, Trennwänden, in Schächten und Kanälen sowie Lüftungs- und Entrauchungsanlagen.

Schwere Calciumsilikate werden zu Formteilen verarbeitet und als Funktionsteile in Industrieanlagen eingesetzt. In der Aluminiumindustrie wegen ihrer Nichtbenetzbarkeit gegen Aluminiumschmelze, in Induktionsöfen wegen der elektrischen Widerstandsfähigkeit und in der chemischen Industrie wegen hoher Festigkeit und Wärmedämmung zum Beispiel als Supportringe für heiße Rohrleitungen.

Calciumsilikat-Wärmedämmstoffe Standards

Für die industrielle Anwendung im Hochtemperaturbereich gibt es die harmonisierte Europäische Produktnorm EN 14306 „Wärmedämmstoffe für die Haustechnik und für betriebstechnische Anlagen – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Calciumsilikat (CS) – Spezifikation”. Die Norm regelt die Klassifizierung der Produkte und gibt Vorgaben für die CE-Kennzeichnung.

Für die Anwendung im Bauwesen ist eine Europäische Produktnorm für Calciumsilkat (CS) Wärmedämmstoffe in Arbeit: prEN 16977 „Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Calciumsilikat (CS) – Spezifikation“ in Bearbeitung.

Eine Produktnorm für den Brandschutz gibt es noch nicht, so dass weiterhin nationale und europäische Zulassungen dies regeln.

Links und Literatur

Arbeitsschutz

Calciumsilkat-Wärmedämmstoffe unterliegen keiner Einstufung als Gefahrstoff. Bei der Be- und Verarbeitung sind Hinweise der Hersteller und die gesetzlichen Staubgrenzwerte zu beachten.

TRGS 900 “Arbeitsplatzgrenzwerte”: https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRGS/TRGS-900.html