Herstellung von Silikatmaterialien. Klassifizierung, Eigenschaften und Zweck, Rohstoffe. Typische Prozesse der Silikattechnik, Reaktortypen. Planen. Keramikproduktion. Silikatmaterialien und autoklavierte Produkte Silikatprodukte

Silikatmaterialien auf Basis von Baukalk mit normale Bedingungen Härtungen haben eine geringe Festigkeit. Um ihre Festigkeit zu erhöhen, erfolgt daher eine Behandlung mit gesättigtem Wasserdampf bei 70...100°C Luftdruck(Dämpfen) oder künstliche Kohlensäure.

Inhalt des Artikels:

1. Silikatmaterialien Aushärtung im Autoklaven.

2. Kalksandstein.

3. Kalkasche- und Kalkschlackesteine.

4. Silikatbeton

5. Großformatige Produkte aus Silikatbeton.

Indikatoren für Stärke und Haltbarkeit Silikatmaterialien Maximalwerte unter Bedingungen der hydrothermischen Behandlung in Autoklaven in einer Umgebung mit gesättigtem Wasserdampf erreichen. Die hydrothermale Behandlung (Dämpfen) erfolgt unter gesättigtem Wasserdampfdruck: 0,8; 1,2 und 1,6 MPa, was Temperaturen der angegebenen Umgebung von 174,5 entspricht; 190,7 und 203,3°C.

Autoklavenbaustoffe werden in Form von Ziegeln, Blöcken und Platten für Außen- und Außenbereiche hergestellt Innenwände, Bodenplatten, Säulen, Treppen sowie Plattformen, Träger und andere Produkte. Ihre Eigenschaften ähneln denen von Zementbeton, zeichnen sich jedoch durch einen geringeren Bindemittelverbrauch, die weit verbreitete Verwendung billiger lokaler Zuschlagstoffe und damit geringere Kosten aus.

Für ihre Herstellung sind jedoch Autoklaven erforderlich.

♣ Kalksandstein

Großformatige Silikatbetonprodukte

Silikatbeton ist eine im Autoklaven ausgehärtete verdichtete Mischung, bestehend aus Quarzsand (70...80 %),
Gemahlener Sand (8...15 %) und gemahlener Branntkalk (6...10 %). Dichter Silikatbeton ist eine Art Schwerbeton.
Silikatbeton kann wie Zementbeton schwer (dichte Zuschlagstoffe – Sand und Schotter oder Sand-Kies-Mischung), leicht (poröse Zuschlagstoffe – Blähton, Blähperlit, Agloporit usw.) und zellig (der Zuschlagstoff besteht aus Luftblasen, gleichmäßig im Produktvolumen verteilt).

Das Bindemittel im Silikatbeton ist ein fein gemahlenes Kalk-Kieselsäure-Gemisch – ein Kalk-Kieselsäure-Bindemittel, das beim Mischen mit Wasser bei der Wärme- und Feuchtigkeitsbehandlung im Autoklaven eine hochfeste Verbindung bilden kann. gefälschter Diamant. Als Silica-Komponente wird gemahlene Silica-Komponente verwendet. Quarzsand, Hüttenschlacken (hauptsächlich Hochofenschlacken), Asche von Wärmekraftwerken. Der silikatische Anteil (fein gemahlener Sand) hat großer Einfluss zur Ausbildung der Eigenschaften von Silikatbeton.

Mit zunehmender Verteilung der gemahlenen Sandpartikel nehmen somit die Festigkeit, Frostbeständigkeit und andere Eigenschaften von Silikatmaterialien zu.
Mit zunehmender Feinheit der Sandmahlung erhöht sich der relative Gehalt an CaO in der Bindemittelmischung, bis der Gehalt an aktivem CaO eine Bindung während der Autoklavenverarbeitung durch den vorhandenen Sand zu niedrigbasischen Calciumhydrosilikaten ermöglicht.

Laut VNIIstrom beträgt der Kalkgehalt in der Mischung (bezogen auf CaO) bei einer spezifischen Oberfläche des gemahlenen Sandes 2000...2500 cm²/g
20...28 Gew.-% des kalk-silikatischen Bindemittels und bei einer spezifischen Sandoberfläche von mehr als 2500 cm2/g kann der optimale CaO-Gehalt im gemischten Bindemittel auf 33 % erhöht werden.

Die Autoklavenverarbeitung ist der letzte und wichtigste Schritt bei der Herstellung von Silikatprodukten. Im Autoklaven erfolgen komplexe Prozesse Umwandlung der ursprünglichen, verlegten und verdichteten Silikatbetonmischung in langlebige Produkte unterschiedlicher Dichte, Form und Verwendungszweck. Derzeit werden Autoklaven mit einem Durchmesser von 2,6 und 3,6 m und einer Länge von 20...30 und 40 m hergestellt. Wie oben erwähnt, ist ein Autoklav ein zylindrischer horizontaler geschweißter Behälter (Kessel) mit hermetisch verschlossenen Kugeldeckeln an den Enden.

Der Kessel verfügt über ein Manometer, das den Dampfdruck anzeigt, und ein Sicherheitsventil, das automatisch öffnet, wenn der Druck im Kessel über den Grenzwert steigt. Am Boden des Autoklaven befinden sich Schienen, auf denen sich Wagen mit in den Autoklaven geladenen Produkten bewegen. Autoklaven sind mit Traversenschienen mit Transferwagen – elektrischen Brücken zum Be- und Entladen von Wagen und Geräten zur automatischen Überwachung und Steuerung des Autoklaven-Verarbeitungsmodus ausgestattet.

Um den Wärmeverlust an den umgebenden Raum zu reduzieren, sind die Oberfläche des Autoklaven und alle Dampfleitungen mit einer Wärmedämmschicht bedeckt. Es werden Dead-End- oder Durchflussautoklaven verwendet. Autoklaven sind mit Leitungen zur Freisetzung von gesättigtem Dampf, zur Umleitung von verbrauchtem Dampf in einen anderen Autoklaven, in die Atmosphäre, einer Rückgewinnungseinheit und zur Kondensatentfernung ausgestattet.

Beim Betrieb von Autoklaven sind die „Regeln für die Gestaltung und Sicherheit des Betriebs von Druckbehältern“ strikt zu beachten.
Schließen Sie nach dem Beladen des Autoklaven den Deckel und leiten Sie langsam und gleichmäßig gesättigten Dampf in den Autoklaven ein. Autoklavieren ist das meiste wirksame Mittel Beschleunigung der Betonaushärtung. Durch die Anwesenheit von Wasser im tropfenflüssigen Zustand im behandelten Beton entstehen hohe Temperaturen Bevorzugte Umstände für die chemische Wechselwirkung zwischen Calciumoxidhydrat und Kieselsäure zur Bildung der Hauptzementsubstanz – Calciumhydrosilikate.

Der gesamte Zyklus der Autoklavenverarbeitung (nach Prof. P. I. Bozhenov) ist herkömmlicherweise in fünf Phasen unterteilt: 1 – vom Beginn der Dampfzufuhr bis zum Erreichen einer Temperatur im Autoklaven von 100 °C; 2 - Erhöhung der Mediumstemperatur und des Dampfdrucks auf das vorgesehene Minimum; 3 - isotherme Belastung bei maximalem Druck und maximaler Temperatur; 4 - Reduzierung des Drucks auf Atmosphärendruck, Temperatur auf 100 °C; 5 – Zeitraum der allmählichen Abkühlung der Produkte von 100 auf 18...20 °C entweder im Autoklaven oder nach dem Entladen aus dem Autoklaven.

Die Qualität autoklavierter Silikatprodukte hängt nicht nur von der Zusammensetzung und Struktur der neuen Formationen ab, sondern auch von der richtigen Handhabung physikalische Phänomene, entstehend am verschiedenen Stadien Autoklavenverarbeitung. Während der Autoklavenverarbeitung gibt es zusätzlich zu den physikalisch-chemischen Prozessen, die die Synthese von Calciumhydrosilikaten gewährleisten, physikalische Prozesse, die mit Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten verbunden sind, die durch die thermodynamischen Eigenschaften von Wasserdampf und Änderungen bestimmt werden physikalische Eigenschaften in der Rohstoffmischung und dann im resultierenden künstlichen Silikatstein.

Inbegriffen Silikatstein Es überwiegen niedrigbasische Calciumhydrosilikate mit feinnadeliger oder schuppiger mikrokristalliner Struktur vom Typ CSH(B) und Tobermorit. Neben niedrigbasischen gibt es jedoch auch grobkristalline hochbasische Calciumhydrosilikate vom Typ C2SH(A).

Im Jahr 1880 erfand der deutsche Wissenschaftler W. Michaelis ein Verfahren zur Herstellung von Silikatziegeln (Kalksandsteinen). Zu Beginn des 20. Jahrhunderts gab es in Russland bereits fünf Fabriken, die Kalksandstein produzierten.

Bis in die 50er Jahre die einzige Silikatart Autoklavenprodukte es gab Kalksandsteine ​​und kleine Steine ​​aus Porensilikatbeton. Dank der Arbeit russischer Wissenschaftler wurde jedoch zum ersten Mal weltweit die Herstellung großformatiger autoklavierter Silikatbetonprodukte für den Fertigbau geschaffen. Heutzutage können fast alle Elemente von Gebäuden und Bauwerken (Paneele, Bodenplatten, Treppenelemente usw.) aus bewehrtem Silikatbeton hergestellt werden, der in seinen Eigenschaften dem bewehrten Beton nahezu nicht nachsteht, und das dank der Verwendung lokaler Rohstoffe Materialien und Industrieabfälle sind 15 bis 20 % günstiger als vergleichbare Stahlbetonelemente mit Portlandzement.

Rohstoffe für silikatische Materialien und Produkte

Einer der Hauptbestandteile der Rohstoffmischung, aus der die Produkte hergestellt werden, ist Kalk, der während der Wärme- und Feuchtigkeitsbehandlung chemisch stark mit Kieselsäure reagiert. Deshalb ist der zweite Hauptbestandteil der Rohmischung Quarzsand oder anderes Mineralien Kieselsäure enthaltende Stoffe, beispielsweise Schlacke, Asche etc. Damit die chemische Wechselwirkung besonders intensiv abläuft, wird die Kieselsäurekomponente fein gemahlen. Je feiner der Sand gemahlen wird, desto höher sollte der relative Kalkanteil in der Mischung sein. Als weitere Komponenten können auch Füllstoffe in Form von ungemahlenem Quarzsand, Schlacke, Blähton, Blähperlit usw. eingebracht werden.

Für moderne Produktion Bei der Herstellung von Kalksandsteinen wird eine Rohstoffmischung verwendet, die aus 90...95 % Sand, 5...10 % gemahlenem Branntkalk und einer bestimmten Menge Wasser besteht.

3. Allgemeine Technologie Gewinnung von Silikatmaterialien

Die Technologie zur Herstellung von Silikatprodukten besteht üblicherweise aus folgenden Schritten:
1. Beschaffung der Rohstoffmischung.
2. Pressen von Produkten.
3. Autoklavenverarbeitung von Produkten.
4. Alterung der fertigen Produkte.

Herstellung von Silikat Baumaterial basiert auf der hydrothermischen Synthese von Calciumhydrosilikaten, die in einem Autoklavenreaktor in einer Umgebung aus gesättigtem Wasserdampf bei einem Druck von 0,8–1,3 MPa und einer Temperatur von 175–200 °C durchgeführt wird. Für die hydrothermale Synthese können bei entsprechender Begründung auch andere Autoklavenparameter verwendet werden; die Behandlung kann nicht nur mit Dampf, sondern auch mit einem Dampf-Luft- oder Dampf-Gas-Gemisch oder Wasser erfolgen.

IN diese Produktion Ein großer Arbeitsaufwand ist mit der Gewinnung von Kalk für die Rohstoffmischung verbunden. IN technologischer Prozess Die Kalkherstellung umfasst folgende Vorgänge: Gewinnung Kalkstein in Steinbrüchen, Zerkleinern und Sortieren in Fraktionen, Brennen in Schachtdrehöfen und anderen Öfen, Zerkleinern oder Mahlen von Stückkalk (Herstellung von Branntkalk).
Die Herstellung der Rohstoffmischung erfolgt auf zwei Arten: Trommel und Silo, die sich in der Aufbereitung der Kalk-Sand-Mischung voneinander unterscheiden.

Der Autoklav ist ein horizontal angeordneter Stahlzylinder mit hermetisch verschlossenen Deckeln an den Enden. In einem Autoklaven in einer Sattdampfatmosphäre bei einem Druck von 0,8-1,3 MPa und einer Temperatur von 175-200°C härtet der Ziegel in 8...14 Stunden aus.

Die Festigkeit von Autoklavenmaterialien entsteht durch das Zusammenspiel zweier Prozesse: Strukturbildung, verursacht durch die Synthese von Calciumhydrosilikaten, und Zerstörung, verursacht durch innere Spannungen.

Um innere Spannungen zu reduzieren, wird die Autoklavenbehandlung nach einem bestimmten Regime durchgeführt, einschließlich einer allmählichen Erhöhung des Dampfdrucks für 1,5 bis 2 Stunden, einer isothermen Exposition der Produkte in einem Autoklaven bei einer Temperatur von 175 bis 200 ° C und einem Druck von 0,8 -1,3 MPa für 4–8 Stunden und eine Abnahme des Dampfdrucks für 2–4 Stunden. Nach einer Autoklavenbehandlung für 8–14 Stunden werden Silikatprodukte erhalten.

Fast fertige Produkte werden aus dem Autoklaven entladen und 10 bis 15 Tage lang zur Karbonisierung von nicht umgesetztem Kalk aufbewahrt Kohlendioxid Luft, was zu einer erhöhten Wasserbeständigkeit und Festigkeit der Produkte führt. Die Verarbeitungstemperatur und der Gesamtenergieverbrauch bei der Herstellung von Kalksandsteinen sind deutlich niedriger als bei der Herstellung von keramischen Ziegeln, daher sind Kalksandsteine ​​wirtschaftlich effizienter.

Zu den autoklavierten Silikatprodukten gehören große Kalksandsteine Silikatblöcke, Platten aus schwerem Silikatbeton, Boden- und Wandplatten, Säulen, Balken usw. Leichte Zuschlagstoffe tragen zur Gewichtsreduzierung bei Wandpaneele und andere Elemente. Silikatprodukte Sie werden massiv oder leichtgewichtig mit durchgehenden oder halbgeschlossenen Hohlräumen hergestellt. Von besonderer Bedeutung sind Silikate Porenbeton, gefüllt mit gleichmäßig verteilten Luftzellen oder Blasen. Sie können einen strukturellen und wärmeisolierenden Zweck haben, der die Form und Größe der Produkte sowie ihre Qualitätsindikatoren bestimmt.

Silikatmaterialien und autoklavenhärtende Produkte sind künstliche Baukonglomerate auf Basis von kalkhaltigem, kieselsäurehaltigem (Silikat-)Gestein, die bei der Autoklavenverarbeitung unter dem Einfluss von Dampf synthetisiert werden hohe Temperatur und Bluthochdruck. Einer der Hauptbestandteile der Rohstoffmischung, aus der die Produkte hergestellt werden, ist Kalk, der während der Wärme- und Feuchtigkeitsbehandlung chemisch stark mit Kieselsäure reagiert.

Deshalb ist der zweite Hauptbestandteil der Rohstoffmischung Quarzsand oder andere kieselsäurehaltige mineralische Stoffe wie Schlacke, Asche von Wärmekraftwerken usw. Damit die chemische Wechselwirkung recht intensiv ablaufen kann, wird der Kieselsäureanteil fein zerkleinert Boden. Je feiner der Brechsand ist, desto höher sollte der relative Kalkgehalt in der Mischung sein. Weitere Bestandteile können auch Füllstoffe in Form von ungemahlenem Quarzsand, Schlacke, Blähton, Blähperlit usw. sein. Ein unverzichtbarer Bestandteil aller Mischungen ist Wasser.

Die Möglichkeit der Bildung eines steinähnlichen Produkts in einem Autoklaven wurde festgestellt Ende des 19. Jahrhunderts Jahrhundert, aber zum ersten Mal wurde in unserem Land die Massenproduktion von Silikatprodukten, Teilen und Strukturen, insbesondere Beton, organisiert. Die Technologie für ihre Herstellung ist mechanisiert und weitgehend automatisiert, was im Vergleich zu günstigeren Produkten gewährleistet Zementmaterialien und Produkte. Effektive Forschung in dieser Richtung wurde von P.I. durchgeführt. Bozhenov, A.V. Volzhensky, P.P. Budnikov, Yu.M. Buttom et al. Es wurde gezeigt, dass die Autoklavenbehandlung die stabilsten niedrigbasischen Hydrosilikate mit einem CaOiSiCh-Verhältnis im Bereich von 0,8–1,2 erzeugt, obwohl in Zwischenstadien der Erstarrung auch höherbasische chemische Verbindungen möglich sind.

PI. Bozhenov weist auf die „technische Synthese“ eines zementären Bindemittels in einem autoklavierten Konglomerat hin, das aus einer Mischung von Hydrosilikaten besteht, und ist der Ansicht, dass chemische Rohstoffe bestimmte Anforderungen erfüllen müssen. Es sollte hochdispers sein mit einer spezifischen Oberfläche des Pulvers im Bereich von 2000-4000 cm2/g, möglichst amorph, glasig.

Chemisch aktive Rohstoffe sorgen nicht nur für die Bildung eines zementierenden Bindemittels in einem autoklavierten Konglomerat, sondern auch für eine Reihe technologischer Eigenschaften der Rohstoffmischung (Formbarkeit der Produkte, Ebenheit ihrer Oberfläche, Transportfähigkeit usw.). Aber nicht nur chemische und physikalisch-chemische Prozesse beeinflussen die Ausbildung der Struktur und Eigenschaften von Silikatmaterialien während der Autoklavenverarbeitung. EIN V. Volzhensky war der erste, der auf die Veränderung der Wärme- und Feuchtigkeitsbedingungen während der Autoklavenverarbeitung und deren Auswirkungen auf die Qualität der Produkte aufmerksam machte. In diesem Zusammenhang wurde beschlossen, drei Phasen der Autoklavenverarbeitung zu unterscheiden: Befüllen des Autoklaven und der Produkte mit Dampf bis zu einem bestimmten Maximaldruck; Dampfabgabe; Entfernen von Produkten aus dem Autoklaven.

Die für Baustoffe erforderlichen Eigenschaften erhalten die Produkte nach der Behandlung im Autoklaven, bei der ein neuer kalk-silikatischer Zement mit seinen charakteristischen Neubildungen von Calcium- und Magnesiumhydrosilikaten sowie wasserfreien Silikaten entsteht.

Die Bildung der Mikro- und Makrostruktur eines Silikatprodukts im Autoklaven erfolgt in verschiedenen Verarbeitungsstufen. Der Mechanismus der Aushärtung von Kalksand-Rohmaterial zu einem steinähnlichen Zustand drückt sich darin aus, dass zunächst eine kalk-silikatische Zementsubstanz als Produkt der chemischen Wechselwirkung der Hauptkomponenten in der Mischung unter Bedingungen erhöhter Drücke entsteht und Temperaturen.

Nach einer der Theorien (P.P. Budnikova, Yu.M. Butta usw.) erfolgt die Bildung einer zementartigen Substanz durch die vorläufige Auflösung von Kalk in Wasser. Da die Löslichkeit von Kalk mit steigender Temperatur abnimmt, wird die Lösung allmählich gesättigt. Doch mit steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit feindisperser Kieselsäure zu. Beispielsweise erhöht sich bei einer Temperaturerhöhung von 80 auf 120 °C die Löslichkeit von Kieselsäure (nach Kennedy) um fast das Dreifache. Daher interagieren Kalk und Kieselsäure bei einer Temperatur von 120–130 °C in Lösung und bilden gelartige Calciumhydrosilikate. Wenn die Temperatur weiter ansteigt, werden die Neubildungen größer, es bilden sich Keime und eine kristalline Phase, und es kommt zu kristallinen Verwachsungen.

Bei einem Überschuss an Kalk entstehen relativ grobkristalline dibasische Calciumhydrosilikate vom Typ C2SH und C2SH2 und nach vollständiger Kalkbindung und im Prozess der Rekristallisation stabilere mikrokristalline niedrigbasische Calciumhydrosilikate vom Typ CSH und C5S6H5 (das ist Bermorit). Die Kristallisation erfolgt um Quarzkörner und im intergranularen Raum; geht mit der Verschmelzung kristalliner Neubildungen zu einem Gerüst mit dessen weiterer Festigung und Verschmutzung einher.

Der gesamte Zyklus der Autoklavenbehandlung ist laut P.I. Bozhenov besteht aus fünf Phasen:

• Dampfeinlass und Temperatureinstellung auf 100°C;
• weitere Erhöhung der Mediumstemperatur und des Dampfdrucks auf das vorgesehene Maximum; isothermes Halten bei konstantem Druck (je höher der Druck, desto kürzer der Autoklavenmodus);
• eine langsame und allmähliche Erhöhung der Geschwindigkeit der Reduzierung des Dampfdrucks auf Atmosphärendruck und der Temperatur auf 100 °C;
• Endkühlung der Produkte im Autoklaven oder nach dem Entladen aus dem Autoklaven.

Optimaler Modus, d.h. beste Konditionen In Bezug auf Dampfdruck, Temperatur und Dauer aller Verarbeitungsstufen wird er von der Art des Rohmaterials bestimmt, wobei aus wirtschaftlichen Gründen stets ein schneller Druckanstieg und ein langsamer Druckabfall angestrebt werden.

Von großem Nutzen bei der Gestaltung der Struktur und Eigenschaften von Silikatsteinen und -materialien sind die in Mischungen eingebrachten Zusatzstoffe, die als Beschleuniger für die Bildung von Calcium- oder Magnesiumhydrosilikaten, die Kristallisation neuer Formationen und als Modifikatoren von Eigenschaften und Struktur wirken. Im Allgemeinen wird die Zusammensetzung von Silikatsteinen von niedrigbasischen Calciumhydrosilikaten dominiert, die eine feinnadelige oder schuppige mikrokristalline Struktur CSH und Tobermorit C5S6H aufweisen. In kalkhaltigen Mischungen führt die Synthese zur Bildung von Hillebrandit 2CaO Si02 H20 ( d.h. C2SH).

Einer anderen Theorie zufolge erfolgt die Bildung der Mikrostruktur des Bindemittels nicht durch die Auflösung von Kalk und Kieselsäure, sondern in der festen Phase unter dem Einfluss des Prozesses der Selbstdiffusion von Molekülen unter den Bedingungen 1 aquatische Umgebung und erhöhte Temperatur. Es gibt eine dritte Theorie (A. V. Satalkin, P. G. Komokhov usw.), die die Bildung einer Bindemittelmikrostruktur als Ergebnis von Reaktionen in der flüssigen und festen Phase zulässt.

Die Untersuchungen von Silikatsteinen und Silikatkonglomeraten am Beispiel von Fein- und Grobkornbeton zeigten, dass deren Eigenschaften bei optimalem Gefüge vollständig den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der ISC unterliegen.

Die optimale Struktur des Silikatmaterials wird mit einer bestimmten Menge Kalk-Kieselsäure-Zement und einem Mindestverhältnis seiner Phasenkomponenten gebildet. In einem frisch zubereiteten Konglomerat ist das Dispersionsmedium (c) Kalkpaste (It) und die gemahlene silikatische Komponente (Sand) (PM) fungiert als feste dispergierte Phase (f). Die Aktivität (Festigkeit) eines Kalk-Silikat-Bindemittels mit optimaler Struktur nach der Autoklavenbehandlung hängt wie andere Eigenschaften des Silikatmaterials vom Wert des Th:Pm-Verhältnisses (nach Gewicht) ab.

Neben silikatischen Rohstoffen können bei der Herstellung von Autoklavenprodukten auch übliche quarzarme Rohstoffe verwendet werden – Feldspat-, Ton-, Karbonatsande sowie Schlacken und andere industrielle Nebenprodukte. Mineralien aus quarzarmen Rohstoffen werden, nachdem sie sich unter Autoklavierungsbedingungen aufgelöst haben, zu aktiven Bestandteilen, deren Löslichkeit Quarz in nichts nachsteht. Ihre Aktivität hängt von der Größe der Radien der in ihrer Zusammensetzung enthaltenen Anionen und Kationen ab. Im Autoklaven entsteht ein neues Bindemittel (nichtbrennendes Salz-Schlacke-Bindemittel), das über Eigenschaften verfügt, die der kalkhaltig-silikatischen Autoklavhärtung überlegen sind. Es besteht aus niedrigbasischen, schwach kristallisierten Calciumhydrosilikaten und in Gegenwart von Aluminiumionen aus hochbasischen Calciumhydrosilikaten.

Klassifizierung und Arten von Silikatmaterialien

Silikatmaterialien gehören zur Gruppe der Kunststeinmaterialien auf Bindemittelbasis.

Allgemeine Informationen zu Kunststeinmaterialien auf Bindemittelbasis

Klassifizierungskriterien, nach denen zementäre Materialien unterschieden werden:

1. Je nach Bindemittelart werden Produkte auf Basis von Zement, Kalk, Gips etc. unterschieden.
2. Abhängig von der Produktionsmethode werden die Bedingungen für die Aushärtung solcher Materialien festgelegt: natürliche Aushärtung, Dämpfen, Autoklavenverarbeitung.

Als Füllstoffe für die Herstellung von Kunststeinprodukten werden verschiedene Materialien verwendet: Sand, Blähton und andere poröse Füllstoffe, Sägemehl und -späne sowie ein spezieller verstärkender Füllstoff – Asbest.

Zum Hauptkünstlichen Steinmaterialien Zu den Produkten gehören:
1. Kalksandstein
2. Quarzbetonprodukte:
2.1. Schwere Silikatbetonprodukte ähnlich herkömmlichem Beton
2.2. Leichte Silikatbetonprodukte auf Basis poröser oder zellularer Zuschlagstoffe (Schaum- und Gassilikate)
3. Gips und Gipsbetonprodukte
4. Mauersteine aus Leicht- und Porenbeton
5. Holzbeton
6. Zementspanplatten und Asbestzementprodukte

Im Gegensatz zu Keramik werden Werkstoffe auf Basis mineralischer Bindemittel durch natürliche Härtung oder Wärmebehandlung bei Temperaturen bis 200 °C gewonnen. Somit ist der Energieverbrauch für die Herstellung von Produkten mit mineralischen Bindemitteln, selbst unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs für die Gewinnung des Bindemittels selbst, geringer als für die Herstellung von Keramik. Jedoch keramische Materialien haltbarer und beständiger gegen Wasser, aggressive Lösungen und hohe Temperaturen.

Arten von Hohlprodukten aus Silikatmaterialien gemäß GOST 379-95 Silikatziegel und -steine

Abbildung A1 – Stein (Ziegel) 14-fach hohl (Lochdurchmesser 30 – 32 mm, Hohlraum 28 – 31 %)

Abbildung A2 - Stein (Ziegel) 11-hohl (Lochdurchmesser 27 - 32 mm, Hohlheit 22 - 25 %)

Abbildung A3 – 3-Hohlstein (Lochdurchmesser 52 mm, Hohlraum 15 %)

LISTE DER IN DER PRODUKTION VERWENDETEN MATERIALIEN
SILIKATPRODUKTE

Silikatmaterialien und autoklavierte Produkte sind künstliche Baukonglomerate auf der Basis von kalkhaltigem, kieselsäurehaltigem (Silikat-)Gestein, die bei der Behandlung im Autoklaven unter Einwirkung von Dampf bei hoher Temperatur und erhöhtem Druck synthetisiert werden.

Einer der Hauptbestandteile der Rohstoffmischung, aus der die Produkte entstehen, ist Kalk, der bei der Wärme- und Feuchtigkeitsbehandlung eine hohe chemische Reaktivität gegenüber Kieselsäure aufweist; der zweite Hauptbestandteil der Rohstoffmischung ist Quarzsand oder kieselsäurehaltige Mineralstoffe. Damit die chemische Wechselwirkung ausreichend intensiv erfolgt, wird die Silica-Komponente einer Feinmahlung unterzogen. Wasser ist ein wesentlicher Bestandteil aller Mischungen.

Zu den autoklavierten Silikatprodukten gehören Kalksandsteine, große Silikatblöcke, Platten aus schwerem Silikatbeton, Boden- und Wandplatten, Säulen, Balken usw.

Leichte Zuschlagstoffe ermöglichen es, das Gewicht von Wandpaneelen und anderen Elementen zu reduzieren.

Silikatprodukte werden massiv oder leichtgewichtig mit durchgehenden oder halbgeschlossenen Hohlräumen hergestellt.

7.6.1. Kalksandstein

Kalksand-Silikat-Ziegel unterscheiden sich in Form, Größe und Hauptzweck nicht von Tonziegeln.

Der Ziegel wird aus einer angefeuchteten Kalk-Sand-Mischung gepresst: reiner Quarzsand 92–95 %, luftiger Kalk 6–8 %, Wasser – ca. 7 %.

Das Formen der Ziegel erfolgt auf Pressen unter einem Druck von 15–20 MPa.

Zum Aushärten wird der Rohziegel zum Dämpfen in einen Autoklaven gegeben. Der Autoklav ist ein Stahlzylinder, dessen Enden mit Deckeln hermetisch verschlossen sind. Die Aushärtung erfolgt nicht nur bei hohen Temperaturen, sondern auch bei hohe Luftfeuchtigkeit, wofür dem Autoklaven unter Druck stehender Dampf zugeführt wird. Der Dampfdruck wird schrittweise erhöht. Der Dampfzyklus dauert 10–14 Stunden.

Das Dämpfen von rohem Fleisch im Autoklaven besteht herkömmlicherweise aus fünf Schritten:

Vom Beginn der Dampfabgabe bis zum Erreichen einer Temperatur im Autoklaven von 100 °C;
vom Beginn des Dampfdruckanstiegs bis zum Erreichen des maximalen Sollwerts
No Go;

Halten des Produkts bei konstanter Temperatur und konstantem Druck;

Ab dem Moment, in dem Druck und Temperatur auf 100 °C sinken;

Abkühlung der Produkte auf eine Temperatur von 18–20 °C.

Kalksandstein wird in den Größen 250> hergestellt<120 х 65 мм как пустоте­лым, так и сплошным. По механической прочности различают марки кирпича 75, 100, 150. Водопоглощение кирпича составляет 8-16 %; значение теплопро­водности 0,71-0,75 Вт/(м-°С); объемная масса 1800-1900 кг/м 3 , т. е. больше, чем у глиняного кирпича, морозостойкость F15. Теплоизоляционные качества стен из силикатного и глиняного кирпича практически равны.

Die Kosten für Kalksandstein sind 25–35 % niedriger als für Tonziegel, da der Brennstoffverbrauch zweimal geringer, der Stromverbrauch dreimal geringer und die Arbeitsintensität der Produktion geringer ist.

Kalksandstein wird wie Tonziegel zum Verlegen von tragenden Wänden von Wohn-, Industrie- und Zivilgebäuden, für Pfeiler, Stützen usw. verwendet. Er kann nicht zum Verlegen von Fundamenten und Sockeln sowie in Produkten und verwendet werden

Bauwerke, die über längere Zeit Temperaturen über 500 °C ausgesetzt sind.

Kalk-Schlacke- und Kalk-Asche-Ziegel ist eine Art Kalksandstein, der sich durch eine geringere Volumenmasse und bessere Wärmedämmeigenschaften auszeichnet, da bei ihnen Quarzsand durch poröse leichte Schlacke bei Kalkschlackesteinen und Asche bei Kalkaschesteinen ersetzt wird.

Abmessungen, physikalische und mechanische Eigenschaften und Herstellungsverfahren ähneln denen von Kalksandstein.

Kalkasche- und Kalkschlackensteine ​​werden für die Verlegung der Wände von Flachbauten sowie für die Verlegung der Wände der Obergeschosse von mehrstöckigen Gebäuden verwendet.

7.6.2. Silikatbeton

Silikatbeton ist ein Schwerbeton.

Große Wandblöcke aus tragenden Innenwänden, Bodenplatten und tragenden Trennwänden, Stufen, Platten und Balken werden aus Silikatbeton der Güteklasse mindestens 150 durch Wärmebehandlung im Autoklaven hergestellt.

Biegeelemente sind mit Stahlstäben und Gittern verstärkt.

Großformatige Silikatprodukte haben eine Druckfestigkeit von 15–40 MPa, eine Schüttdichte von 1800–2100 kg/m 3 und eine Frostbeständigkeit von 50 Zyklen oder mehr.

Zellulare Silikatprodukte Sie zeichnen sich durch eine geringe Volumenmasse und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Es gibt Schaumsilikat- und Gassilikatprodukte.

Schaumsilikatprodukte werden aus einer Mischung von Kalk (bis zu 25 %) und gemahlenem Sand, einem Schaumbildner, hergestellt. Dem Gassilikatpulver wird eine Mischung aus Aluminiumpulver zugesetzt.

Zellsilikatprodukte werden in Autoklaven gehärtet.

Sie werden sowohl verstärkt als auch unverstärkt hergestellt.

Bei verstärkten Bewehrungen sind Stahlbewehrung und eingebettete Teile anfälliger für Korrosion, daher wird die Stahlbewehrung mit Schutzmassen beschichtet.

Silikatprodukte aus Porenbeton werden unterteilt in:

Wärmedämmung;

Bauliche und thermische Isolierung;

Konstruktiv.

Der Wärmeleitfähigkeitswert liegt bei 0,1-0,2 W/(m-°C), sie sind recht frostbeständig.

Sie werden für Außenwände von Gebäuden, Trennwänden und für Verkleidungen von Industriegebäuden verwendet, wobei die tragenden und wärmedämmenden Eigenschaften von Porenbeton effektiv genutzt werden.

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SILIKATMATERIALIEN UND -PRODUKTE. Asbestzementprodukte

Mineralische Bindemittel sind noch keine fertigen Baustoffe. Die Haupteigenschaft von Bindemitteln ist die Fähigkeit, nach dem Mischen mit einer bestimmten Menge Wasser auszuhärten.

Die Reaktion, die beim Aushärten von Bindemitteln auftritt, ist hauptsächlich die Hydratationsreaktion, die Zugabe eines Teils des Wassers.

Zusammen mit Zementen werden sie zur Herstellung von Mörtel verwendet. Kalk: Luft und hydraulisch in Form von hydratisiertem Flaum, Kalkbrei oder Milch, sowie in Form von gemahlenem Branntkalk. Kalkteig muss eine Dichte von mindestens 1200 kg/m3 haben und mindestens 30 Gewichtsprozent Kalk enthalten. Kalk für Putz- und Verblendmörtel sollte keine unverlöschten Partikel enthalten, die zu Abplatzungen (Klumpen) in der ausgehärteten Schicht führen können. Dazu wird frisch gelöschter Kalk durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,315 – 0,25 mm gesiebt.

Bauluftkalk CaO– ein Produkt der mäßigen Verbrennung von natürlichem Karbonatgestein bei 900–1300 °C CaCO3 enthält bis zu 8 % Tonverunreinigungen (Kalkstein, Dolomit, Kreide). Die Befeuerung erfolgt in Schächten und Drehrohröfen. Am weitesten verbreitet sind Schachtöfen. Beim Kalzinieren von Kalkstein in einem Schachtofen durchläuft das im Schacht von oben nach unten bewegte Material nacheinander drei Zonen: eine Heizzone (Trocknung der Rohstoffe und Freisetzung flüchtiger Stoffe), eine Brennzone (Zersetzung der Stoffe) und eine Kühlzone. In der Heizzone wird der Kalkstein durch die Wärme, die aus der Verbrennungszone aus gasförmigen Verbrennungsprodukten stammt, auf 900 °C erhitzt. In der Brennzone kommt es zu Brennstoffverbrennung und Kalksteinzersetzung. CaCO3 auf Limette CaO und Kohlendioxid CO2 bei 1000-1200°C. In der Kühlzone wird der gebrannte Kalkstein durch von unten nach oben strömende Kaltluft auf 80–100 °C abgekühlt.

Durch das Brennen geht Kohlendioxid vollständig verloren und es entsteht klumpiger Branntkalk in Form von weißen oder grauen Stücken. Stückiger Branntkalk ist ein Produkt, aus dem verschiedene Arten von Bauluftkalk gewonnen werden: gemahlener pulverisierter Branntkalk, Kalkpaste.

Bauporenkalk verschiedener Art wird bei der Herstellung von Mauerwerks- und Putzmörtel, minderwertigem Beton (unter lufttrockenen Bedingungen), der Herstellung dichter Silikatprodukte (Ziegel, große Blöcke, Platten) und der Herstellung von Mischbeton verwendet Zemente. Die Zugabe von Kalk zu einem Zementmörtel erhöht die Plastizität, Festigkeit und Deckzeit.

Der Aushärtungsprozess von Luftkalk erfolgt größtenteils durch Verkokung unter dem Einfluss von Kohlendioxid in der Luft. Beim Aushärten von Luftkalk entstehen wasserlösliche Verbindungen.

Hydraulischer Kalk wird durch mäßiges Brennen von natürlichem Mergel und Mergelkalkstein bei 900–1100 °C gewonnen. Mergel und Mergelkalkstein, der zur Herstellung von hydraulischem Kalk verwendet wird, enthalten 6 bis 25 % Ton- und Sandverunreinigungen. Seine hydraulischen Eigenschaften werden durch das hydraulische (oder Haupt-)Modul charakterisiert ( M), das das prozentuale Verhältnis des Gehalts an Calciumoxiden zum Gehalt der Summe der Oxide von Silizium, Aluminium und Eisen darstellt. Hydraulikkalk ist ein langsam abbindender und langsam erhärtender Stoff. Es wird zur Herstellung von Mörtel, minderwertigem Beton, Leichtbeton und zur Herstellung von Mischbeton verwendet.

Hydraulischer Kalk härtet aus und behält seine Festigkeit sowohl in der Luft als auch im Wasser. Hydraulikkalk wird nicht in reiner Form, sondern im Gemisch eingesetzt. Der Rohstoff zur Herstellung von hydraulischem Kalk hat eine dunklere Farbe als Luftkalk, da er Ton als Verunreinigung enthält.

Kalksandstein. Kalksandmörtel auf Basis von Luftkalk sind geringfeste, langsam erhärtende und nicht wasserfeste Werkstoffe.

Der erste, der ein ausreichend wasserdichtes und haltbares Material auf der Basis von Kalk und Sand erhielt, war der deutsche Wissenschaftler W. Michaelis, der 1880 vorschlug, das Kalk-Sand-Gemisch in einer Sattdampfatmosphäre bei einer Temperatur von 150...200°C zu verarbeiten .

Die Entdeckung von Michaelis wurde zur Herstellung sogenannter Silikatziegel (Kalksandsteine) genutzt. Die moderne Produktion von Kalksandsteinen läuft wie folgt ab. Die Rohstoffmischung, bestehend aus 90...92 % reinem Quarzsand, 8...10 % gemahlenem Branntkalk und einer bestimmten Menge Wasser, wird gründlich gemischt und so lange aufbewahrt, bis der Kalk vollständig gelöscht ist. Aus dieser Mischung wird dann unter hohem Druck (15...20 MPa) Ziegel gepresst, auf Wagen gelegt und zum Aushärten geschickt Autoklaven- dickwandige Stahlflaschen mit einem Durchmesser von bis zu 2 m und einer Länge von bis zu 20 m mit hermetisch verschlossenen Deckeln. In einem Autoklaven in einer Sattdampfatmosphäre bei einem Druck von 0,8 MPa und einer Temperatur von 180 °C härtet der Ziegel in 8...14 Stunden aus. Der fast fertige Ziegel wird aus dem Autoklaven entladen, der 10... . 15 Tage, wodurch die Wasserbeständigkeit und Festigkeit des Ziegels erhöht wird.

Luftkalk wird häufig bei der Herstellung von autoklavierten dichten Zellmaterialien bei einem Druck von 0,8–1,6 MPa und T = 200° in Form von Platten, Blöcken, Bodenelementen und Treppen verwendet.

Die Verarbeitungstemperatur und der Gesamtenergieverbrauch sind bei der Herstellung von Kalksandsteinen deutlich niedriger als bei der Herstellung von keramischen Ziegeln, daher sind Kalksandsteine ​​wirtschaftlicher als keramische.

Die Dichte von gewöhnlichem Kalksandstein ist etwas höher als die von Vollkeramiksteinen. Die Reduzierung der Dichte von Ziegeln und Steinen wird durch das Einformen von Hohlräumen oder das Einbringen poröser Zuschlagstoffe in die Rohstoffmasse erreicht.

Kalksandstein kann wie Keramikziegel je nach Größe sein:

einzel(massiv oder mit porösen Füllstoffen) 250x120 x 65 mm;

verdickt(hohl oder mit porösen Füllstoffen) 250x120x88 mm (das Gewicht verdickter Ziegel sollte nicht mehr als 4,3 kg betragen);

Silikatstein(hohl) 250x120x138 mm. Die Herstellungstechnologie von Kalksandsteinen sorgt für eine höhere Maßhaltigkeit.

Die Farbe des Ziegels reicht von milchig weiß bis hellgrau. Sie produzieren Vormauerziegel mit verbesserten physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Sie können mit alkalibeständigen Pigmenten in der Masse oder an den Vorderkanten in Blau, Grün, Gelb und anderen hellen Farben eingefärbt werden.

Abhängig von der Druck- und Biegefestigkeit werden Kalksandsteine ​​und -steine ​​in acht Klassen eingeteilt: 300; 250; 200; 175; 150; 125; 100 und 75, mit durchschnittlichen Druckfestigkeitswerten von jeweils mindestens 30...7,5 MPa. Die Wasseraufnahme von Kalksandstein beträgt mindestens 6 %. Frostbeständigkeitsklassen für Ziegel und Steine ​​– F50; 35; 25 und 15; Bei Gesichtsprodukten sollte die Frostbeständigkeit mindestens 25 betragen.

Ein wesentlicher Nachteil von Kalksandsteinen im Vergleich zu keramischen Ziegeln ist die geringere Wasserbeständigkeit und Hitzebeständigkeit.

Kalksandstein wird für die Verlegung von Außen- und Innenwänden oberirdischer Gebäudeteile und Bauwerke verwendet. Es ist verboten, es in Gebäuden zu verwenden, die Wasser (Fundamente, Keller, Abwasserkanäle usw.) und hohen Temperaturen (Öfen, Schornsteine ​​usw.) ausgesetzt sind.

Derzeit werden großformatige autoklavierte Silikatbetonprodukte für fast alle Elemente von Gebäuden und Konstruktionen für den Fertigbau (Paneele, Bodenplatten, Treppenelemente usw.) hergestellt. Konstruktionen, die Stahlbeton nicht nachstehen, werden aus bewehrtem Silikatbeton hergestellt.

Quarzbetonprodukte können schwer (ähnlich herkömmlichem Beton) und leicht (basierend auf porösen Zuschlagstoffen) oder zellig (Schaum- und Gassilikate) sein. Dieser ungebrannte Ziegel wird durch Trockenpressen einer Mischung aus Luftkalk (5–10 %) und Quarzsand (90–95 %) bei einer Luftfeuchtigkeit von 6–7 % hergestellt. Zur Erhöhung der Festigkeit werden Kalk-Kieselsäure-Mischungen eingesetzt. Ziegelsorten M - 75, 100, 125.150.200.250.

Abmessungen 65x120x250 - eineinhalb oder modular 88x120x250 hohl mit einem Gewicht von nicht mehr als 4,3 kg. Durchschnittliche Dichte 1700–2000 kg/m3. Frostbeständigkeit Mrz-15, 25 und 50. Kalksandstein ist nicht wasserbeständig und nicht beständig gegen aggressives Wasser, nicht feuerbeständig. Nicht zum Verlegen von Öfen und Rohren geeignet. Hergestellt in Autoklaven bei einer Temperatur von 170°C und einem Druck von 4-6 atm.

Kalkbasierte Materialien werden zur Herstellung von Kalksand-, Kalk-Ton- und Kalkasche-Materialien verwendet. Solche Produkte heißen: zementfrei oder auf Silikatbasis. Kalk wird in reiner Form oder gemischt mit Kreide zum Tünchen verwendet.

Kalksandstein macht einen erheblichen Anteil am Gesamtvolumen der Wandmaterialien aus. Die angegebenen Kosten für den Bau von Wänden aus Kalksandsteinen liegen bei ca. 84 % im Vergleich zu den erforderlichen Kosten bei der Verwendung von keramischen Ziegeln. Der Verbrauch an gleichwertigem Brennstoff und Strom für die Herstellung von Kalksandsteinen ist doppelt so hoch wie der von Keramikziegeln. Um 1.000 Stück zu erhalten. Kalksandstein verbraucht durchschnittlich 4,9 GJ Wärme, die Hälfte davon ist Wärme für die Kalkverbrennung und die andere Hälfte für die Autoklavenverarbeitung und andere technologische Vorgänge.

Bei der Herstellung dieses Materials werden Asche und Schlacke aus Wärmekraftwerken als Bestandteil des Bindemittels bzw. Füllstoffs verwendet. Im ersten Fall erreicht der Ascheverbrauch 500 kg pro 1.000 Stück. Ziegel, im zweiten - 1,5-3,5 Tonnen. Das optimale Verhältnis von Kalk und Asche in der Bindemittelzusammensetzung hängt von der Aktivität der Asche, dem Gehalt an aktivem Calciumoxid im Kalk, der Größe und granulometrischen Zusammensetzung des Sandes und anderen ab technologische Faktoren. Durch die Einführung von Kohleasche wird der Kalkverbrauch um 10–50 % reduziert und Schieferasche mit einem Gehalt an (CaO + MgO) bis zu 40–50 % kann Kalk in der Silikatmasse vollständig ersetzen. Asche im Kalk-Asche-Bindemittel ist nicht nur ein aktiver silikatischer Zusatzstoff, sondern trägt auch zur Plastifizierung der Mischung bei und erhöht die Festigkeit des Rohmaterials um das 1,3- bis 1,5-fache, was besonders wichtig ist, um den normalen Betrieb von automatischen Staplern sicherzustellen.

Neben Kalksand-Silikatsteinen produzieren sie Kalkschlacke und Kalkasche, bei dem anstelle von Sand teilweise oder vollständig Industrieabfälle verwendet werden: Schlacke und Asche aus Wärmekraftwerken. Die Eigenschaften dieser Ziegelarten ähneln denen von Kalksand.

Kalk-kieselsäurehaltiges Bindemittel bei der Herstellung von Kalksandsteinen wird durch gemeinsames Mahlen von stückigem Branntkalk mit Asche und Quarzsand gewonnen. Der Gesamtgehalt an aktivem CaO und MgO im Bindemittel beträgt 30–40 %, die spezifische Oberfläche beträgt 4000–5000 cm2/g, der Rückstand auf Sieb Nr. 02 beträgt nicht mehr als 2 %. Der optimale Gehalt an Asche und Schlacke in einer Silikatmischung hängt von der Kornzusammensetzung und dem Formverfahren ab und steigt mit dem Partikelgrößenmodul und dem Presszyklus.

Kalksandstein unter Zusatz von Asche und Brennstoffschlacke härtet in Autoklaven bei einem Sattdampfdruck von 0,8-1,6 MPa aus. Die empfohlene Einwirkzeit beträgt 4–8 Stunden. Das resultierende Material weist eine bessere Wasser- und Frostbeständigkeit als gewöhnlicher Kalksandstein auf, weist geringere Wasseraufnahme- und Durchlässigkeitswerte auf und verfügt über eine bessere Präsentation. Der Vorteil von Ziegeln aus einer Asche-Silikat-Mischung mit optimaler Zusammensetzung ist ihre geringere durchschnittliche Dichte im Vergleich zu herkömmlichen Ziegeln (A = 700-1800 kg/m3 gegenüber 1900-2000 kg/m3).

Unter Verwendung der Asche von Wärmekraftwerken wurde poröser Kalksandstein mit folgenden Eigenschaften erhalten: Dichte 1250-1400 kg/m3; Festigkeit 10–17,5 MPa, Porosität 27–28 %, Frostbeständigkeit 15–35 Zyklen.

Durch seinen Einsatz ist es möglich, die Dicke der Außenwände um 20 % und das Gewicht um 40 % zu reduzieren und den Wärmeverbrauch für die Beheizung von Gebäuden deutlich zu senken.

Daher müssen Baustoffe auf Basis von Gips und luftigem Kalk vor Feuchtigkeit geschützt, in trockener Umgebung betrieben oder mit Komponenten zur Erhöhung der Wasserbeständigkeit versehen werden.

Der Wasserverbrauch mineralischer Bindemittel beeinflusst die Eigenschaften der resultierenden Materialien. Der Wasserbedarf wird durch die Wassermenge bestimmt, die erforderlich ist, um eine verarbeitbare Mischung zu erhalten. Bei zu wenig Wasser wird die Mischung locker, bei zu viel Wasser verteilt sich die Masse. Ein erheblicher Wasseranstieg beeinträchtigt die Eigenschaften von Kunststein – er kann zur Bildung großer Poren, starkem Schrumpfen und einer Verringerung der Festigkeit führen.