Nieuwsbrief april 2021

Drooggedrag van metselbakstenen in gevels.

Drooggedrag van metselbakstenen in gevels.

In de keramische industrie is relatief weinig bekend over het watertransport en drooggedrag van metselbakstenen in de praktijk. Tijdens het drogen kunnen wateroplosbare zouten met het water naar het oppervlak van het metselwerk worden getransporteerd, waar zij na het verdampen van het water kunnen uitkristalliseren. Het drooggedrag van de steen heeft een belangrijke invloed op het ontstaan van ongewenste zoutuitbloeiingen en verkleuringen op metselbakstenen in de gevel. Tevens kan (een matig) drooggedrag invloed hebben op de fysieke kleur van de baksteen in de gevel. 

Om het drooggedrag verder inzichtelijk te maken heeft TCKI verschillende type metselbakstenen in een zogenaamde klimaatkast gedroogd. Tijdens het drogen zijn de temperatuur en de relatieve vochtigheidsgraad van de atmosfeer constant gehouden en is het massaverlies geregistreerd. De volledig met water verzadigde metselbakstenen zijn tijdens het drogen enkel aan de strek ontsloten, waardoor alleen op dit oppervlak verdamping heeft kunnen plaatsvinden. Op deze manier is de situatie van het drogen van een metselbaksteen in een gevel nagebootst op een warme voorjaarsdag.

Het porievolume en de poriegrootteverdeling blijken een belangrijke rol te spelen ten aanzien van het drooggedrag. Producten met een groot porievolume en grote poriën, drogen relatief snel. Strengpersstenen, met veelal een relatief klein porievolume en kleine poriën, drogen over het algemeen moeizamer dan vormbak- en handvormstenen. Het poriesysteem van keramische producten wordt naast de vormgevingsmethode ook beïnvloed door de gebruikte grondstoffen en het stookproces.

Het onderscheid in droogsnelheid tussen de verschillende materialen wordt voornamelijk gemaakt in de eerste droogfase waarin een hoge droogsnelheid optreedt door oppervlakteverdamping en nalevering van vocht via het poriesysteem. De tweede droogfase wordt gekenmerkt door inwendige verdamping en dampdiffusie van waterdamp. Dit gaat relatief langzaam en resulteert niet in het transport van zouten naar het oppervlak. Hieruit volgt dat producten welke gekenmerkt worden door een lange eerste droogfase, waarin vanwege de open poriestructuur lange tijd nalevering van vocht kan plaatsvinden, het meest gevoelig lijken te zijn voor het ontstaan van zoutuitbloeiingen, omdat in deze producten naar verhouding meer direct transport van water naar het oppervlak plaatsvindt. De zouten die uitbloeien, hoeven overigens niet persé van de baksteen zelf te komen, maar kunnen ook heel goed afkomstig zijn van de mortel. 

TCKI kan u ondersteunen middels onderzoek naar porositeit en poriegrootteverdeling, wateroplosbare zouten en/of drooggedrag ondersteunen in het bepalen van het risico op het ontstaan van zoutuitbloeiingen in metselwerk.

Verduurzamen van het productieproces.

In de afgelopen jaren heeft TCKI veel projecten geïnitieerd om de productieprocessen in de keramische industrie te verbeteren. Hierbij kan gedacht worden aan de verlengde tunneloven, hybride droger, ∆T-regeling bij het drogen, toepassen van circulaire grondstoffen en procesoptimalisaties. Veel van deze projecten waren gericht om het energieverbruik en -kosten van het productieproces te beperken bij gelijkblijvende of betere productkwaliteit.

Voor verdere verduurzaming van de keramische procesvoering in de toekomst voert TCKI in opdracht van KNB nu twee deelonderzoeken uit, met subsidie van de provincie Gelderland:

  • Elektrificeren van het stookproces
  • Toepassen van alternatieve, CO2-neutrale brandstoffen in het ovenproces

Voor het uitvoeren van beide deelprojecten zijn deelnemers van TCKI benaderd om gedroogde producten beschikbaar te stellen voor het uitvoeren van stookproeven in de laboratorium-gasoven van TCKI. In totaal zijn 13 producten van verschillende klei- en glazuursamenstellingen (straat-, metsel- en binnenmuurstenen, dakpannen en tegels) geselecteerd voor het project ‘alternatieve brandstoffen’. Vier van deze 13 producten, met uiteenlopende organisch koolstofgehalte en chemische samenstelling, zijn geselecteerd voor het project ‘elektrificeren van het stookproces’.

Eind 2019 is TCKI gestart met het uitvoeren van de stookproeven voor het elektrificeren van het stookproces. Voor dit project zijn producten geselecteerd van verschillende kleisamenstellingen die in een dichte stapelwijze in de gasoven zijn gestookt. Na het optimaliseren van de stookcurven zijn gedroogde producten aangeboden aan Danisch Technological Institute (DTI) om de stoking deels te elektrificeren en eventueel in tijd te verkorten.

Om het stoken te elektrificeren heeft DTI de beschikking over een periodieke gasoven die voorzien is van twee magnetronbronnen. Deelnemers die hebben deelgenomen aan de excursie van TCKI naar Denemarken (2019) hebben hierover tijdens het bezoek aan DTI een toelichting gekregen.

Op dit moment zijn de DTI stookproeven afgerond en wordt het project gerapporteerd. Tussenresultaten laten kansen zien op het aanpassen van de stookcurve en dat een gedeelte van de thermische energie geëlektrificeerd kan worden. Beproevingen aan de eindproducten, die TCKI gaat uitvoeren, dienen deze behaalde resultaten nog te bevestigen.

Bij het onderzoek naar alternatieve brandstoffen heeft TCKI in 2020, als eerste en als referentie, aan 13 productsoorten stookproeven uitgevoerd met aardgas. Begin 2021 is TCKI gestart met het stoken met biopropaan. Na het afronden van de biopropaan-stookproeven volgen in ieder geval nog stookproeven met biogas, uit mestvergisting, en waterstofgas. Op basis van alle uit te voeren stookproeven met bovengenoemde brandstoffen zal worden aangetoond of alternatieve brandstoffen wel of niet invloed hebben op het uiterlijk van het keramische producten.

Door de expertise die TCKI in de afgelopen decennia heeft opgebouwd, is veel kennis aanwezig om de huidige procesvoering verder te verduurzamen. Verduurzamen is niet alleen het toepassen van alternatieve brandstoffen zoals groene of blauwe waterstof, maar ook om de huidige procesvoering verder in energiegebruik te beperken. Gelet op de huidige en in de toekomst te verwachten prijzen voor alternatieve brandstoffen, is het uiterst zinvol nu al maatregelen te treffen, die leiden tot het terugdringen van het energieverbruik en het verlagen van de CO2-emissie. TCKI heeft voor het beperken van energieverbruik veel meetmiddelen, modellen en kennis om u hierbij in volle breedte te ondersteunen.

Wij helpen u graag verder.

Wilco van den Berg MSc

Adviseur

ing. Rob Mentink

Hoofd afdeling Techniek

Stan Aben MSc

Hoofd afdeling Technologie