Betonblock

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Hintergrund

Ein Betonblock wird hauptsächlich als Baumaterial beim Bau von Wänden verwendet. Es wird manchmal als Betonmauerwerk (CMU) bezeichnet. Ein Betonblock ist eines von mehreren Betonfertigteilen, die im Bauwesen verwendet werden. Der Begriff Fertigteil bezieht sich darauf, dass die Blöcke geformt und gehärtet werden, bevor sie auf die Baustelle gebracht werden. Die meisten Betonblöcke haben einen oder mehrere Hohlräume, und ihre Seiten können glatt oder mit einem Design gegossen werden. Im Gebrauch werden Betonblöcke einzeln gestapelt und mit frischem Betonmörtel zusammengehalten, um die gewünschte Länge und Höhe der Wand zu bilden.

Betonmörtel wurde bereits von den Römern 200 v. Chr. verwendet. Formsteine ​​beim Bau von Gebäuden miteinander zu verbinden. Während der Herrschaft des römischen Kaisers Caligula, 37-41 n. Chr. , wurden in der Region um das heutige Neapel in Italien kleine Betonfertigteilblöcke als Baumaterial verwendet. Ein Großteil der von den Römern entwickelten Betontechnologie ging nach dem Untergang des Römischen Reiches im fünften Jahrhundert verloren. Erst 1824 entwickelte der englische Steinmetz Joseph Aspdin Portlandzement, der zu einem der Schlüsselbestandteile des modernen Betons wurde.

Der erste hohle Betonblock wurde 1890 von Harmon S. Palmer in den USA entworfen. Nach 10 Jahren des Experimentierens patentierte Palmer das Design im Jahr 1900. Palmers Blöcke waren 20,3 cm x 25,4 cm x 76,2 cm groß und so schwer, dass sie mit angehoben werden mussten ein kleiner Kran. Bis 1905 stellten schätzungsweise 1.500 Unternehmen in den Vereinigten Staaten Betonblöcke her.

Diese frühen Blöcke wurden normalerweise von Hand gegossen und die durchschnittliche Leistung betrug etwa 10 Blöcke pro Person und Stunde. Heute ist die Betonsteinfertigung ein hochautomatisierter Prozess, der bis zu 2.000 Steine ​​pro Stunde produzieren kann.

Rohstoffe

Der Beton, der üblicherweise zur Herstellung von Betonblöcken verwendet wird, ist eine Mischung aus pulverisiertem Portlandzement, Wasser, Sand und Kies. Dadurch entsteht ein hellgrauer Block mit feiner Oberflächenstruktur und hoher Druckfestigkeit. Ein typischer Betonblock wiegt 17,2 bis 19,5 kg. Im Allgemeinen hat die für Blöcke verwendete Betonmischung einen höheren Sand- und einen geringeren Anteil an Kies und Wasser als die Betonmischungen für allgemeine Bauzwecke. Dadurch entsteht eine sehr trockene, steife Masse, die beim Entformen aus der Blockform formstabil bleibt.

Wenn anstelle von Sand und Kies granulierte Kohle oder vulkanische Asche verwendet wird, wird der resultierende Block im Allgemeinen als Aschenblock bezeichnet. Dadurch entsteht ein dunkelgrauer Block mit mittlerer bis grober Oberflächenstruktur, guter Festigkeit, guten Schalldämmeigenschaften und einem höheren Wärmedämmwert als ein Betonblock. Ein typischer Betonblock wiegt 11,8-15,0 kg.

Leichte Betonblöcke werden hergestellt, indem Sand und Kies durch Blähton, Schiefer oder Schiefer ersetzt werden. Blähton, Schiefer und Schiefer werden durch Zerkleinern der Rohstoffe und Erhitzen auf etwa 2000°F (1093°C) hergestellt. Bei dieser Temperatur bläht sich das Material auf oder bläst sich aufgrund der schnellen Gasentwicklung auf, die durch die Verbrennung kleiner Mengen des darin eingeschlossenen organischen Materials verursacht wird. Ein typischer leichter Block wiegt 10,0-12,7 kg und wird zum Bau von nichttragenden Wänden und Trennwänden verwendet. Zur Herstellung von Leichtbaublöcken werden auch geblähter Hochofenschlacke sowie natürliche vulkanische Materialien wie Bims und Schlacke verwendet.

Neben den Grundkomponenten kann die zur Herstellung von Blöcken verwendete Betonmischung auch verschiedene Chemikalien, sogenannte Zusatzmittel, enthalten, um die Aushärtezeit zu ändern, die Druckfestigkeit zu erhöhen oder die Verarbeitbarkeit zu verbessern. Der Mischung können Pigmente zugesetzt werden, um den Blöcken eine gleichmäßige Farbe zu verleihen, oder die Oberfläche der Blöcke kann mit einer eingebrannten Glasur beschichtet werden, um einen dekorativen Effekt zu erzielen oder um einen Schutz gegen chemischen Angriff zu bieten. Die Glasuren werden normalerweise mit einem duroplastischen Harzbindemittel, Quarzsand und Farbpigmenten hergestellt.

Design

Die Formen und Größen der gängigsten Betonsteine ​​wurden standardisiert, um eine einheitliche Gebäudekonstruktion zu gewährleisten. Die gebräuchlichste Blockgröße in den Vereinigten Staaten wird als 8-mal-8-mal-16-Block bezeichnet, mit den Nennmaßen von 8 Zoll (20,3 cm) hoch x 8 Zoll (20,3 cm) tief x 16 Zoll (40,6 Zoll). cm) breit. Dieses Nominalmaß beinhaltet Platz für eine Mörtelperle, und der Block selbst misst tatsächlich 7,63 Zoll (19,4 cm) hoch mal 7,63 Zoll (19,4 cm) tief und 15,63 Zoll (38,8 cm) breit.

Viele Hersteller von progressiven Blöcken bieten Variationen des Basisblocks an, um einzigartige visuelle Effekte zu erzielen oder wünschenswerte strukturelle Merkmale für spezielle Anwendungen bereitzustellen. Ein Hersteller bietet beispielsweise einen Block an, der speziell entwickelt wurde, um dem Eindringen von Wasser durch Außenwände zu widerstehen. Der Block enthält eine wasserabweisende Beimischung, um die Absorption und Durchlässigkeit des Betons zu reduzieren, eine abgeschrägte Oberkante, um Wasser von der horizontalen Mörtelfuge abzuleiten, und eine Reihe von internen Rillen und Kanälen, um den Fluss von rissbedingten Leckagen weg von der innere Oberfläche.

Ein anderes Blockdesign, das als Split-Face-Block bezeichnet wird, umfasst eine raue, steinartige Textur auf einer Seite des Blocks anstelle einer glatten Seite. Dies verleiht dem Block das architektonische Aussehen eines geschnittenen und behauenen Steins.

Ein Hausdesign im Foursquare-Stil, das 1908 im Katalog Zementhäuser und Anleitungen der Radford Architectural Company erscheint Bauen Sie sie. Es war eines von Hunderten von Blockhäusern aus Beton, die von der Firma Radford angeboten wurden. Sie schätzten, dass dieser Entwurf für etwa 2.250,00 $ gebaut werden könnte, viel weniger als traditionelle Steinmauerhäuser der Zeit. (Aus den Sammlungen des Henry Ford Museum &Greenfield Village.)

Betonblöcke wurden erstmals in den Vereinigten Staaten als Ersatz für Stein oder Holz beim Hausbau verwendet. Das früheste bekannte Beispiel für ein Haus, das in diesem Land vollständig aus Betonblock gebaut wurde, war 1837 auf Staten Island, New York. Die Häuser aus Betonblöcken zeigten eine kreative Verwendung üblicher, kostengünstiger Materialien, die wie die teureren und traditionellen holzgerahmten Steinmauerwerke aussehen. Diese neue Bauart wurde Anfang des 20. Jahrhunderts bis in die 1920er Jahre zu einer beliebten Form des Hausbaus. Die Stilrichtungen der Häuser, die damals oft als "modern" bezeichnet wurden, reichten von Tudor bis Foursquare, Colonial Revival bis Bungalow. Während viele Häuser die Betonblöcke sowohl als Struktur als auch als äußere Wandoberfläche verwendeten, verwendeten andere Häuser Stuck oder andere Beschichtungen über der Blockstruktur. Hunderttausende dieser Häuser wurden vor allem in den Bundesstaaten des Mittleren Westens gebaut, wahrscheinlich weil die Rohstoffe für die Herstellung von Betonblöcken in Sandbänken und Kiesgruben in dieser Region reichlich vorhanden waren. Die Betonblöcke wurden mit Oberflächendesigns hergestellt, um Steintexturen zu simulieren:felsverkleidet, granitverkleidet oder rustiziert. Zunächst als Versuchsmaterial betrachtet, wurden Häuser aus Betonblöcken in den Katalogen vieler Portlandzementhersteller als "feuerfest, ungeziefersicher und wetterfest" und als kostengünstiger Ersatz für das immer knapper werdende Holz beworben. Viele andere Gebäudetypen wie Garagen, Silos und Postämter wurden und werden aufgrund dieser Qualitäten auch heute noch in dieser Bauweise errichtet.

Cynthia Read-Miller

Wenn Hersteller einen neuen Block entwerfen, müssen sie nicht nur die gewünschte Form berücksichtigen, sondern auch den Herstellungsprozess, der zur Herstellung dieser Form erforderlich ist. Formen, die erfordern Komplexe Formen oder zusätzliche Schritte im Formprozess können die Produktion verlangsamen und zu erhöhten Kosten führen. In einigen Fällen können diese erhöhten Kosten die Vorteile des neuen Designs zunichte machen und den Block zu teuer machen.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die Herstellung von Betonblöcken besteht aus vier grundlegenden Prozessen:Mischen, Formen, Aushärten und Würfeln. Einige Produktionsstätten produzieren nur Betonblöcke, während andere eine Vielzahl von Betonfertigteilen herstellen können, darunter Blöcke, flache Pflastersteine ​​und dekorative Landschaftselemente wie Rasenkanten. Einige Anlagen sind in der Lage, 2.000 oder mehr Blöcke pro Stunde zu produzieren.

Die folgenden Schritte werden üblicherweise verwendet, um Betonblöcke herzustellen.

Mischen

• 1 Der Sand und Kies werden außen in Haufen gelagert und bei Bedarf über ein Förderband in Lagerbehälter im Werk umgeladen. Der Portlandzement wird außen in großen vertikalen Silos gelagert, um ihn vor Feuchtigkeit zu schützen.
• 2 Wenn ein Produktionslauf beginnt, werden die erforderlichen Mengen an Sand, Kies und Zement durch Schwerkraft oder mechanisch zu einer Dosierwaage übertragen, die die richtigen Mengen jedes Materials misst.
• 3 Die trockenen Materialien fließen dann in einen stationären Mischer, wo sie mehrere Minuten lang miteinander vermischt werden. Es gibt zwei Arten von Mischern, die üblicherweise verwendet werden. Ein Typ, der als Planeten- oder Pfannenmischer bezeichnet wird, ähnelt einer flachen Pfanne mit Deckel. Mischflügel sind an einer vertikalen rotierenden Welle im Inneren des Mischers befestigt. Der andere Typ wird horizontaler Trommelmischer genannt. Er ähnelt einer auf die Seite gedrehten Kaffeedose und hat Rührflügel, die an einer horizontalen rotierenden Welle im Inneren des Mixers befestigt sind.
• 4 Nachdem die trockenen Materialien vermischt sind, wird eine kleine Menge Wasser in den Mischer gegeben. Wenn sich die Anlage in einem Klima befindet, das extremen Temperaturen ausgesetzt ist, kann das Wasser zuerst durch eine Heizung oder einen Kühler geleitet werden, um seine Temperatur zu regulieren. Zu diesem Zeitpunkt können auch Zusatzchemikalien und Farbpigmente zugegeben werden. Anschließend wird der Beton sechs bis acht Minuten gemischt.

Formen

• 5 Sobald die Betonladung gründlich gemischt ist, wird sie in einen geneigten Becherwerk und zu einem erhöhten Trichter transportiert. Der Mischzyklus beginnt erneut für die nächste Beschickung.
• 6 Vom Trichter wird der Beton mit einer gemessenen Durchflussmenge zu einem anderen Trichter auf der Oberseite der Steinmaschine gefördert. In der Steinmaschine wird der Beton nach unten in Formen gepresst. Die Formen bestehen aus einem äußeren Formkasten, der mehrere Formeinsätze enthält. Die Liner bestimmen die äußere Form des Blocks und die innere Form der Blockhohlräume. Es können bis zu 15 Blöcke gleichzeitig geformt werden.
• 7 Wenn die Formen gefüllt sind, wird der Beton durch das Gewicht des oberen Formkopfes verdichtet, der auf die Formnester fällt. Diese Verdichtung kann durch auf den Formkopf einwirkende Luft- oder Hydraulikdruckzylinder ergänzt werden. Die meisten Steinmaschinen verwenden auch einen kurzen mechanischen Vibrationsstoß, um die Verdichtung weiter zu unterstützen.
• 8 Die verdichteten Blöcke werden nach unten und aus den Formen auf eine flache Stahlpalette geschoben. Palette und Blöcke werden aus der Maschine auf einen Kettenförderer geschoben. Bei einigen Arbeitsgängen passieren die Blöcke dann eine rotierende Bürste, die loses Material von der Oberseite der Blöcke entfernt.

Aushärtung

• 9 Die Blockpaletten werden zu einem automatischen Stapler oder Lader befördert, der sie in ein Aushärteregal stellt. Jedes Rack fasst mehrere hundert Blöcke. Wenn ein Regal voll ist, wird es auf eine Reihe von Schienen gerollt und in einen Härteofen gefahren.

• 10 Der Ofen ist ein geschlossener Raum, der mehrere Regale mit Blöcken gleichzeitig aufnehmen kann. Es gibt zwei grundlegende Arten von Brennöfen. Der gebräuchlichste Typ ist ein Niederdruck-Dampfofen. Bei diesem Typ werden die Blöcke für ein bis drei Stunden bei Raumtemperatur im Ofen gehalten, damit sie leicht aushärten. Dann wird allmählich Dampf eingeleitet, um die Temperatur mit einer kontrollierten Geschwindigkeit von nicht mehr als 60ºF pro Stunde (16ºC pro Stunde) zu erhöhen. Standardgewichtsblöcke werden normalerweise bei einer Temperatur von 150-165 °F (66-74°C) ausgehärtet, während leichte Blöcke bei 170-185°F (77-85°C) ausgehärtet werden. Nach Erreichen der Aushärtetemperatur wird der Dampf abgestellt und die Blöcke 12-18 Stunden in der heißen, feuchten Luft eingeweicht. Nach dem Einweichen werden die Blöcke getrocknet, indem die feuchte Luft abgesaugt und die Temperatur im Ofen weiter erhöht wird. Der gesamte Aushärtungszyklus dauert ca. 24 Stunden.

  Ein anderer Ofentyp ist der Hochdruckdampfofen, der manchmal auch Autoklav genannt wird. Bei diesem Typ wird die Temperatur auf 300–375 °F (149–191 °C) und der Druck auf 80–185 psi (5,5–12,8 bar) erhöht. Die Blöcke werden fünf bis 10 Stunden einweichen gelassen. Der Druck wird dann schnell entlüftet, wodurch die Blöcke ihre eingeschlossene Feuchtigkeit schnell abgeben. Der Aushärtungsprozess im Autoklaven erfordert mehr Energie und einen teureren Ofen, kann jedoch Blöcke in kürzerer Zeit herstellen.

Cubing

• 11 Die Regale mit gehärteten Blöcken werden aus dem Ofen gerollt und die Paletten mit Blöcken werden entstapelt und auf einen Kettenförderer gestellt. Die Blöcke werden von den Stahlpaletten geschoben und die leeren Paletten werden der Steinmaschine wieder zugeführt, um einen neuen Satz Formblöcke aufzunehmen.
• 12 Wenn die Blöcke zu Split-Face-Blöcken verarbeitet werden sollen, werden sie zuerst als zwei miteinander verbundene Blöcke geformt. Sobald diese Doppelblöcke ausgehärtet sind, passieren sie einen Spalter, der sie mit einer schweren Klinge entlang des Abschnitts zwischen den beiden Hälften trifft. Dadurch bricht der Doppelblock und bildet auf einer Seite jedes Stücks eine raue, steinartige Textur.
• 13 Die Blöcke passieren einen Würfelschneider, der jeden Block ausrichtet und sie dann zu einem Würfel von drei Blöcken Durchmesser mal sechs Blöcken Tiefe und drei oder vier Blöcken Höhe stapelt. Diese Würfel werden mit einem Gabelstapler nach draußen getragen und eingelagert.

Qualitätskontrolle

Die Herstellung von Betonsteinen erfordert eine ständige Überwachung, um Steine ​​mit den erforderlichen Eigenschaften herzustellen. Die Rohstoffe werden elektronisch verwogen, bevor sie in den Mischer gegeben werden. Der Gehalt an eingeschlossenem Wasser in Sand und Kies kann mit Ultraschallsensoren gemessen werden, und die dem Mischgut zuzugebende Wassermenge wird automatisch angepasst, um dies zu kompensieren. In Gebieten mit extremen Temperaturen kann das Wasser vor der Verwendung durch einen Kühler oder eine Heizung fließen.

Beim Austreten der Blöcke aus der Steinmaschine kann ihre Höhe mit Laserstrahlsensoren überprüft werden. Im Härteofen werden die Temperaturen, Drücke und Zykluszeiten automatisch kontrolliert und aufgezeichnet, um sicherzustellen, dass die Blöcke richtig gehärtet werden, um ihre erforderliche Festigkeit zu erreichen.

Die Zukunft

Der einfache Betonblock wird sich weiterentwickeln, während Architekten und Blockhersteller neue Formen und Größen entwickeln. Diese neuen Blöcke versprechen, den Bau von Gebäuden schneller und kostengünstiger zu machen und zu langlebigeren und energieeffizienteren Strukturen zu führen. Einige der möglichen Blockdesigns für die Zukunft umfassen den biaxialen Block, der sowohl horizontal als auch vertikal verlaufende Hohlräume hat, um den Zugang für Sanitär- und Elektroleitungen zu ermöglichen; der gestapelte Seitenblock, der aus drei Abschnitten besteht, die sowohl Innen- als auch Außenwände bilden; und der Heatsoak-Block, der Wärme speichert, um die Innenräume im Sommer zu kühlen und im Winter zu heizen. Diese Entwürfe wurden in ein Prototyphaus namens Lifestyle 2000 integriert, das das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der National Association of Home Builders und der National Concrete Masonry Association ist.