DE10019824A1 - Herstellungsverfahren für Baustoffe und Bauteile unter Verwendung fasriger Materialien - Google Patents

Herstellungsverfahren für Baustoffe und Bauteile unter Verwendung fasriger Materialien

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der baustofflichen Verwendung nachwachsender faserhaltiger Rohstoffe, insbesondere Bambus, in einer vollständig oder überwiegend aus mineralischen Bestandteilen bestehenden Matrix zur Behinderung entstehender Risse und zur Übertragung von Zug- und/oder Biegebelastungen über die Rißufer hinaus. Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß die zu Fasern und/oder Faserbündeln aufbereiteten faserhaltigen Rohstoffe in Abhängigkeit vom Einsatzfall mit variabler Faserbündellängen- und Faserbündeldickenverteilung sowie veränderlichen Faser- bzw. Faserbündelanteilen dem jeweiligen Matrixsystem während seiner Herstellung zugegeben und anschließend in Gestalt einer faserverstärkten Matrix als mit traditionellen Bautechnologien zu behandelnde Einbaumasse auf der Baustelle oder in speziellen vorzufertigenden Bauteilen zur Verwendung kommt. Zur Erreichung vom jeweiligen Einsatzzweck abhängiger zusätzlicher Eingangseigenschaften der Bambusfasern bzw. Bambusfaserbündel können als weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung spezielle Vorbehandlungsstufen zur Beeinflussung von Faseroberflächeneigenschaften sowie zusätzliche Trocknungsvorgänge vorgesehen werden. Ebenso können für die faserverstärkten Matrixsysteme als weitere Ausgestaltungsmerkmale Nachbehandlungsschritte, spezielle Maßnahmen zur Faserausrichtung und/oder Versiegelungsmaßnahmen vorgesehen sein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der baustofflichen Verwendung von Fasermaterialien zur Verstärkung gegebenenfalls Füllung in einer vollständig oder überwiegend aus mineralischen Bestandteilen bestehenden Matrix.
Im Bauwesen orientiert man sich gegenwärtig bei der Verwendung von Fasern zur Behinderung der Rißausbreitung vorrangig auf Stahlfasern, die als profilierte Drähte oder speziell hergestellte Späne von unterschiedlichen Herstellern angeboten und z. B. für Aufgaben wie armierte Spritzbetonwände im Tunnelbau und hochbelastete Industriefußböden zum Einsatz kommen, Maidl, B., "Stahlfaserbeton", Ernst & Sohn, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften, Berlin 1991, Lernberg, M., "Dichtschichten aus hochfestem Faserbeton", Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, Heft 465, Beuth Verlag Berlin 1996, Teutsch, M., "Anwendung von Faserbeton in Beton- und Fertigteilwerken", BETONWERK + FERTIGTEIL-TECHNIK, H. 10/1997, S. 85, DBV-Sachstandbericht "Faserbeton mir synthetischen organischen Fasern", redaktionell überarbeitete Fassung 1996, Deutscher Beton-Verein e.V. Wiesbaden. Daneben sind nach Wörner, J.-D. et.al. "Dichtheit von Faserbetonteilen (synthetische Fasern)", Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, Heft 465, Beuth Verlag Berlin 1996 aber auch synthetische Fasern, z. B. aus Polyacrylnitrit mit bis zu 1,5 Vol.% vor allem in feinkörnigen Mischungen oder aus vermischten Kunststoff-Folien durch technische Zerfaserung hergestellte und anschließend mittels energiereicher Strahlung an der Oberfläche mineralisierte faserartige Produkte in einer unter Zusatz von Zementleim erhärtenden Matrix eingesetzt worden, n.n. "Elaston", Forschungsbericht enviTec Ltd., Februar 1995. Ebenso sind aus Veröffentlichungen in der Tagespresse, z. B. n.n. "Dünne Fäden halten Brücken", "Sächsiche Zeitung" vom 17. 06. 1998, S. 22, Bemühungen um den Einsatz von Glas- und Textilfasern als Betonverstärkungsmittel bekannt geworden. Mit organischen Fasern oder Glasfasern sind zwar bei vorzufertigenden dünnwandigen Betonerzeugnissen anstelle der früher verwendeten Asbestfasern wichtige Gebrauchswerteigenschaften wie die mechanische Festigkeit und die Biegebelastbarkeit erheblich verbessert worden. Dabei schränken aber Einstandskosten von ≧ 3,00 = 4,00 DM/kg z. B. für Kurzglasfasern und nicht immer beherrschte dauerhafte Belastungsfaktoren wie hoher Alkalibestand im Beton die massenhafte Verwendung solcher Materialien ein. Beispielsweise ist aus Untersuchungen zur Asbestsubstitution bekannt, daß sich Zellulosefasern unter alkalischen Bedingungen zersetzen. Naturfasern hoher Festigkeit, insbesondere aus Bambus, sind bisher für die o. g. Verstärkungsaufgaben nicht verwendet worden. Die Ursache hierfür könnte in einem Vorurteil der Fachwelt hinsichtlich der überhaupt mit Naturfasern erreichbaren Festigkeits­ wie auch Beständigkeitswerte zu suchen sein.
Aus Liese, W. "Anatomy + utilization of bamboos", European Bamboo Soc. Jounal, 06. 05. 1995, p. 5 ist bekannt, daß die eigentlichen Faserzellen im Bambushalm/-stamm einen Masseanteil von ca. 40% haben. Die Faserzellen (10 µm ≧ ∅ ≧ 20 µm; 1 mm ≧ IF ≧ 4 mm) sind an den Enden zugespitzt und haben nadelförmige Gestalt. Alle bisher versuchsweise zerfaserten und weiterverarbeiteten Bambusproben bestanden im Durchschnittsbereich aus ≧ 50 + 60 Vol.-% Fasern, bis zu 30 + 40 Vol.-% Parenchymzellen und ≧ 10 Vol.-% Leitgefäßen. Je nach zu wählender Aufbereitungstechnologie ist es möglich, beliebige Produkte z. B. als sehr feinteiliges Gemisch von Fasern und nichtfasrigen Bestandteilen oder als Aufbereitungsprodukte mit relativ groben Faserbündeln bei Einzellängen ≦ 100 mm (als technische Fasern für unterschiedliche Einsatzzwecke) herzustellen, siehe z. B. DE 198 31 433.7 A1 oder EP 0 971 065 A2. Da daß Ausbringen technisch gewinnbarer Faserprodukte bei Bambus mit ≧ 80% alle sonstigen für die Fasergewinnung genutzten Pflanzen erheblich übertrifft, bieten sich somit günstige Voraussetzungen für den Einsatz im Bau- und anderen Bereichen.
Von den Mängeln und deren Ursachen des oben dargestellten Standes der Technik zur Faserverstärkung von Werkstoffen und von erkenntnisliefernden Untersuchungsergebnissen zum Faserzustand von Bambus und artähnlichen Naturstoffen in bestimmten wahlweise erreichbaren Bearbeitungszuständen ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, nachwachsende Rohstoffe, insbesondere Bambus, nach einer voranlaufenden Aufbereitung durch Verfahrensstufen wie Grobzerkleinerung, Trocknung sowie ggf. Feinzerkleinerung und Klassierung in eine vollständig oder überwiegend aus mineralischen Bestandteilen bestehenden Matrix so einzubringen, daß eine Behinderung entstehender Risse und eine Übertragung von Zug- und Biegekräften über die Rißufer hinaus, somit eine kraft- und formschlüssige Einbindung in die jeweilige Matrix bewirkt wird, wobei die granulometrischen Eigenschaften des Matrixsystems und typische Merkmale der zuzugebenden Fasern, wie Faserlängen- und -dickenverteilung, Faseranteil in der Mischung sowie mechanische Fasereigenschaften aufeinander abzustimmen sind.
Es wurde Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften von Bambus gefunden, die holzähnliche Dichteverhältnisse, eine wesentlich größere Bruchdehnung als z. B. in der Faserbewehrungspraxis der Kunststoffindustrie gegenwärtig möglich ist sowie mehr als doppelt so hohe Biege- und Zugbelastbarkeitswerte als bei den für Bauzwecke verwendeten Nadel- und Laubhölzern attestieren.
Erfindungsgemäß wird unter Einschluß der gefundenen Erkenntnisse diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß die zu Fasern und/oder Faserbündeln aufbereiteten nachwachsenden faserhaltigen Rohstoffe in Abhängigkeit vom Einsatzfall mit variabler Faserbündellängen- und Faserbündeldickenverteilung sowie veränderlichen Faser- bzw. Faserbündelanteilen dem jeweiligen Matrixsystem während seiner Herstellung aus verschiedenen Komponenten zugegeben, mit ihm gemeinsam aufbereitet und anschließend in Gestalt einer faserverstärkten Matrix als mit traditionellen Bautechnologien bis zur kraft- und formschlüssigen Einbindung der eingemischten Fasern zu behandelnde Einbaumasse auf der Baustelle oder in speziellen vorzufertigenden Bauteilen zur Verwendung kommt. Dabei ist im Zusammenhang mit der vorgelagerten Faseraufbereitungstechnologie zu beachten, daß möglichst viele der überwiegend in Faserbündelform vorliegenden Faserprodukte an ihren Enden durch die herstellungsbedingte Schlag- und/oder Prallbeanspruchung noch weiter aufgefasert sind und damit zusätzlich in der Matrix verankerbar werden.
Zur Erreichung vom jeweiligen Einsatzzweck abhängiger zusätzlicher Eingangseigenschaften der Bambusfasern bzw. Bambusfaserbündel können als weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung spezielle Vorbehandlungsstufen wie den Wassertransport in den Fasern behindernde Imprägnierungen, chemische und/oder physikalische Behandlungen der Fasern zur Beeinflussung von Faseroberflächeneigenschaften sowie zusätzliche Trocknungsvorgänge vorgesehen werden.
Ebenso können für die faserverstärkten Matrixsysteme als weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung Nachbehandlungsschritte zur Beschleunigung von Abbindevorgängen, spezielle Maßnahmen zur Faserausrichtung, Oberflächenbehandlung und/oder Versiegelungsmaßnah­ men eingeordnet werden.
Die für den Einsatz als biege- und/oder zugkraftübertragende Verstärkungen vorgeschlagenen hochfesten organischen Fasern aus nachwachsenden Roh­ stoffen sollen vorzugsweise als grobfasrige Bambusfaserpartikel mit dFaser ≧ 0,5 mm und Längen im Bereich 4 ÷ 6 mm ≦ IFaser ≦ 50 ÷ 60 mm zum Einsatz kommen.
Die extremen Biege- und Zugbelastbarkeitseigenschaften des Bambushalmes mit seinem Faserzellenanteil ≦ 50% können auch im einzelnen Bambusfaserpartikel/-bündel zum Tragen kommen, weil die durch überwiegend spaltende Aufbereitung hergestellten Faserbündel entsprechend den vorstehenden geometrischen Kriterien mindestens 100 ÷ 150 einzelne Faserzellen (mit ∅F ≦ 15 ÷ 30 µm, 1 mm ≦ IF ≦ 4 mm) im praktisch einzubauenden Faserbündelquerschnitt enthalten und weil je nach Faserbündellänge ca. 25÷50 einzelne Faserzellen aneinander gereiht sind. Bündelartige Bambusfaserverstärkungen sollten einen hohen Anteil überwiegend nadelförmiger Aufbereitungsprodukte (mit Längen-/Durchmesser- Verhältnissen ≧ 50÷100) haben, was durch die bisher vorgeschlagenen Aufbereitungsmaßnahmen auch erreicht werden kann.
Nachfolgende Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung näher erläutern.
Ausführungsbeispiel 1
Zur Herstellung von Faserzementplatten wurden relativ dünne und schlanke Fasern mit dF ≦ 0,5 mm mit durch die vorlaufende Zerfaserung erreichten und für das Einbringen in kraft- und formschlüssige Matrixmaterialien geradezu prädestinierten feinstrukturierten Oberflächen eingesetzt. Dabei wurde festgestellt, daß Faserzementplatten mit der feinteiligsten Faservariante die höchste Biegefestigkeit erreicht haben. Die bisher erreichte Festigkeitsobergrenze liegt bei 21 N/mm2. In vergleichenden Messungen wurde festgestellt, daß der Austausch bisher für Faserzementplatten verwendeter teurer Synthesefasern wie Dolanit durch mengengleiche preisgünstigere Bambusfasern zu vergleichbaren Biegefestigkeitswerten und zu einem um 20% höheren E-Modul führte. Weiterhin ergab sich, daß der in einer anderen Versuchsreihe zusätzlich erfolgte Austausch von 25% Zelluloseprozeßfasern durch feinteilige Bambusfasern mit dF ≦ 0,5 mm gegenüber der Standardrezeptur zu vergleichbaren Werten bezüglich E-Modul und die Biegefestigkeit führte. Dadurch können die Herstellungskosten von bambusfaserhaltigen Faserzementplatten gegenüber den nach der Asbestsubstitution verwendeten teuren Polyamidfasern erheblich gesenkt werden. Im Ergebnis von Bewitterungsversuchen zur Bewertung der Langzeitgebrauchseigenschaften der Faserzementplatten mit Bambusfasern ist die Langzeitbeständigkeit (Testgültigkeit 5 Jahre) der verwendeten Fasern im alkalischen Medium mit pH ≧ 12 bestätigt worden. Die dazu durchgeführte Auswertung bezog sich auf Auswitterungserscheinungen, Ausblühungen, Verfärbungen, Verwerfungen, Dickenquellung und Rißbildung. Sie erbrachte das Gesamturteil, daß Witterungseinflüsse keine negativen Auswirkungen auf die Bambusfaser haben.
Beispiel 2
Die Erreichung der anwendungsorientierten Ausgangszielstellung, bei Substitution der Stahlfasern durch Bambusfasern die gleichen Kenngrößen wie für Stahlfaserbeton, insbesondere hinsichtlich Druck- und Biegezugfestigkeit zu gewährleisten, wurde durch Druckfestigkeitsprüfungen an Würfeln mit einer Kantenlänge von 15 cm aus B 25 gemäß DIN 1045 nach 7-tägiger Unterwasserlagerung und durch Messung bzw. Berechnung der Druck- und Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen an den vorgenannten Prüfkörpern aus unter Industriebedingungen hergestelltem Beton getestet. Die mittlere Rohdichte der Proben lag zwischen 2,37 und 2,42 kg/dm3.
Die technologiegemäß zu verwendenden Stahlfasern wurden durch Bambusfasern variabler Dicke mit dF ≦ 2 mm und Länge LF ≦ 30 mm in Mengenanteilen von 2,5 kg/m3, 3,0 kg/m3 und 3,5 kg/m3 ersetzt. Die Zugabe der Bambusfasern erfolgte bei der Trockendosierung der Zuschlagstoffe, um eine größtmögliche Mischzeit des Bambusfaser-Mineralstoff-Gemisches sicherzustellen. Aus den fertiggestellten Mischungen wurden die Anteile zur Herstellung von Probekörpern (Würfel mit 15 cm Kantenlänge) für die Druckprüfung (nach 7 und 28 Tagen) sowie von Prismen (70 cm × 15 cm × 15 cm und 110 cm × 30 cm × 15 cm) für die Ermittlung der 28 Tage- Biegezugfestigkeit entnommen. Für die Auswertung der nach DIN 1048 vorbereiteten und durchgeführten Versuche sowie für die Bewertung der erreichten Testergebnisse wurden die für Industriefußböden aus Stahlfaserbeton geltenden Bemessungsgrundlagen genutzt. Die Druckprüfung gemäß DIN 1048 ergab Werte in folgenden Bereichen:
  • - 37 ÷ 38 N/mm2 nach 7 Tagen
  • - 51,5 ÷ 53,5 N/mm2 nach 28 Tagen.
Zu beachten ist, daß es mit einer relativ kleinen Fasermenge (2,5÷3,5 kg/m3 entsprechend 1 ÷ 2 Masse-%) im Industrieversuch gelungen ist, mechanische Eigenschaften beim Faserbeton zu erreichen wie sie mit der Zumischung von 25 kg Stahlfasern/m3 erreicht werden. Auffällig ist die gegenüber Stahlfaserverstärkungen stärkere Nachhärtung der Prüfkörper, die mit der Verzögerung der Hydratationsgeschwindigkeit des Zementes durch alkalilösliche Hemicellulosen als Bambusfaserbestandteile erklärbar ist.
Beispiel 3
Vergleichsuntersuchungen mit 2 Bambusfasergemischen (Ausgangsbasis: un­ klassierte Fasern mit dF ≦ 4 mm, IF ≦ 30 mm, mit und ohne Zugabe von je 25 Masse-% der IF-Fraktionen 30 mm ≦ IF ≦ 45 mm und 50 mm ≦ IF ≦ 65 mm) ergaben:
  • - Im Vergleich zu Stahlfasern kann die einzusetzende Menge an Bambusfasern bis auf 1/10 bis 1/15 der Stahlfasermenge reduziert werden.
  • - Für das Erreichen hoher Druckbelastbarkeitswerte sind kürzere Fasern längeren vorzuziehen, wobei generell zu beachten ist, daß biege- und spaltzugbeeinflussende Bambusfaserzusätze wie auch andere Fasern zu einer Reduzierung der Druckfestigkeit um ≦ 10% führen können.
  • - Die Zugabe längerer (ohne Nesterbildung in Beton einmischbarer) Fasern bewirkt eine Erhöhung der Biegezugbelastbarkeit. Das gilt im besonderen für die 28-Tage-Festigkeit.
  • - Die Spaltzugfestigkeit sowohl der 7-Tage-Proben als auch 28-Tage-Werte liegt über den Werten der nicht mit Fasern ausgerüsteten Nullprobe. Für die o. g. Bedingungen lag der 7-Tage-Wert der Kurzfaserproben bei 113,2%, der der Langfaserproben bei 116,3%. Diese Ergebnisse decken sich mit den Beobachtungsergebnissen bei der Bewertung der Rißbildungsneigung unbewehrter und mit Bambusfasern versehener Prüfkörper: sämtliche faserhaltigen Proben (mit Faseranteilen zwischen 6 kg/m3 und 12 kg/m3) blieben beim hydraulischen Abbindeprozeß rißfrei, die Nullprobe wies zahlreiche (vor allem quer ausgebildete) Risse auf.
  • - Mit relativ langen Bambusfasern (dF ≦ 2 mm, IF ≦ 50 mm) durchgeführte Untersuchungen zur Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit von Bambusfaserbeton haben ergeben, daß das Einmischen der Fasern bis zu 4 Vol.-% problemlos möglich ist und daß die faserhaltigen Betonproben gegenüber der Nullprobe eine deutlich gesteigerte Fähigkeit zur Energiedissipation aufweisen. Diese Eigenschaft deckt sich mit den Untersuchungsergebnissen, bei denen eine erhöhte Beständigkeit bambusfaserhaltiger Prüfkörper gegen Schlag- und Stoßbeanspruchung festgestellt wurde.
Beispiel 4
Wichtige Gebrauchswerteigenschaften von bitumengebundenen Tragschichten im Straßenbau können durch die erreichbaren Biege- und Spaltzugfestigkeiten sowie durch den jeweiligen Spurrinnentest beschrieben werden. Es wurden Mischungen für eine Asphalttragschicht 0/22 CS mit einem Feinkornanteil < 0,09 mm von 8,5% und einem Sandanteil (0,09 mm < dk < 2 mm) von 11,8% sowie für einen Asphaltbinder 0/16 BmB 25 mit einem Feinkornanteil < 0,09 mm von 5,4% und einem Sandanteil (0,09 mm < dk < 2 mm) von 23,3% hergestellt. Beide Mischungen wurden mit 5 Vol.-% Bambusfaserzusätzen entsprechend 1,1 Masse-% versehen, wobei der erstgenannten Mischung feinstkornfreie klassierte Bambuspartikel (dF ≦ 1÷2 und 2÷4 mm, IF ≦ 50 mm) zugemischt wurden, während in der 2. Mischung unklassierte Bambusfasern (dF ≦ 4 mm, IF ≦ 30 mm) zum Einsatz kamen. In beiden Fällen wiesen die untersuchten Mischungen im eingebauten Zustand Hohlräume des Mineralgerüstes ≧ 16 Vol.-% auf.
Bei der Mischung mit Asphaltbinder 0/16 BmB 25 wurde gegenüber der Null- Mischung ohne Bambusfaserzusatz beim Belastungsversuch im Wasserbad bei 50°C eine Verringerung der Spurrinnentiefe um 3,2% und eine Erhöhung der Biegezugbelastbarkeit um 5,3% ermittelt, während sich die Spaltzugfestigkeit um 1,5% verringerte. Die mit einem wesentlich gröberem Mineralgerüst hergestellte Mischung "Asphalttragschicht 0/22 CS" lieferte deutlich schlechtere Ergebnisse:
  • - Die Spurrinnenbildung der bambusfaserhaltigen Mischung nahm gegenüber der Null-Mischung um 39,6% zu.
  • - Die Spaltzugfestigkeit verringerte sich in Abhängigkeit der Schichteinbautemperatur bei den feinen Fasern um 13% bei 135°C und um 2,1% bei 175°C, während bei den groben Fasern diese Werte sich bei 26,8 bzw. 10,8% einstellten.
  • - Die Biegezugbelastbarkeit verringerte sich in Abhängigkeit der Schichteinbautemperatur bei den feinen Fasern um 13,5% (135°C) und um 43,2% (175°C), während sich bei den groben Fasern Werte von 37,5% bzw. 48,8% ergaben.
Die Unterschiede in der stofflichen Zusammensetzung der mineralischen Matrix für beide Mischungsreihen und die daraus ableitbare Tendenz zu Verbesserungen in der mechanischen Belastbarkeit faserverstärkter Systeme durch höhere Feinkornanteile werden durch analoge Ergebnisse aus betontechnischen Untersuchungen gestützt.
Der Vergleich mit in Faserbeton verwendeten organischen Fasern und dabei üblichem mineralischen Größtkorn zeigt, daß einerseits in den o. g. bitumenhaltigen Proben die eingebaute Fasermenge zu groß und andererseits der mineralische Feinstkornanteil zu klein war, um die Verstärkungseffekte von kraft- und formschlüssig eingebauten Bambusfasern auch nutzen zu können. Bessere Ergebnisse sind bei mit Bambusfasern zu verstärkenden Matrixsystemen für Straßenbautragschichten mit höheren Fein- /Feinstkornanteilen bei Begrenzung auf ein Größtkorn ≦ 16 mm zu erwarten. Dazu gehören Asphaltbinder 0/16 S, 0/16, Asphaltbetone 0/16 S, 0/11 S, 0/11, 0/8 und 0/5, Splittmastixasphalte 0/11 S, 0/8 S, 0/8 und 0/5 sowie Gußasphalte 0/11 S, 0/11 und 0/8. In Abhängigkeit von der aufzunehmenden Verkehrsbelastung sind dafür Bambusfasern mit 0,5 mm ≧ dF ≧ 2 mm und IF ≦ 50 ÷ 60 mm bei Volumenanteilen zwischen 1% und 5% auszuwählen.
Beispiel 5
Die Bambusfaseranteile betrugen 6, 9 und 12 kg/m3 Frischbeton. Die Faserbündellängen waren auf IF ≦ 25 mm eingestellt, der Faserbündel­ durchmesser betrug dF ≦ 2 mm. Eine vorlaufende Faserimprägnierung wurde nicht durchgeführt. Zur Bewertung des Langzeitverhaltens von bambusfaserhaltigen Betonproben wurden die Wasserundurchlässigkeits­ prüfung sowie die Frost-Tau- und die Frost-Tausalz-Prüfung durchgeführt. Außerdem wurde das Dehnungsverhalten von Prüfkörpern mit unterschiedlichem Bambusfasergehalt und die Schlagfestigkeit von Prüfkörpern bewertet.
  • - Zur Prüfung der Frost-Tau-Beständigkeit wurden Normprüfkörper mit den o. g. unterschiedlichen Bambusfasergehalten nach der 28-Tage-Aushärtung 50 mal dem Zyklus: 8 h bei -20°C Frosten und danach 4 h bei 20°C Auftauen ausgesetzt. Sämtliche faserhaltigen Proben hatten bei allen Lastwechseln bessere Ergebnisse als die Null-Mischungen. Die beste Frost- Tau-Beständigkeit wiesen Mischungen bei 6 kg/m3 Faseranteilen mit ca. 300% gegenüber der Null-Mischungen auf.
  • - Die Wassereindringtiefen lagen bei allen Fasergehalten unter der zulässigen Obergrenze, so daß die Schlußfolgerung von der Herstellbarkeit des "wasserdichten bambusfaserverstärkten Betons" zulässig ist.
  • - Das Dehnungsverhalten von bambusfaserhaltigen Betonteilen ist günstiger als von unbewehrtem Beton.
  • - Die Schlagfestigkeit bzw. -zähigkeit bambusfaserhaltiger Betone übertrifft bei geringen dynamischen Belastungen (Lastwechsel ≦ 50) die Werte von unverstärktem Beton, erst bei höheren dynamischen Belastungen (Lastwechsel < 50) liefert Beton ohne Bambusfaserzusatz bessere Ergebnisse.
Aus den v.g. Beispielen geht hervor, daß die Herstellung und Verwendung von Bambusfasern als preiswertes Betonverstärkungsmaterial eine mit vorteilhaften Wirkungen verbundene erfinderische technische Lehre ist und daß mit Bambusfasern verstärkter Beton z. B. für Estrichsysteme, bei Industriefußböden, Straßenbelägen u.a.m. zu bautechnischen und wirtschaftlichen Vorteilen führt.

Claims (11)

1. Herstellungsverfahren für Baustoffe und Bauteile unter Verwendung fasriger Materialien als Füll- und/oder Verstärkungsmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß die fasrigen Materialien als Fasern/Faserbündel aus nachwachsenden faserhaltigen Rohstoffen nach einer voranlaufenden Aufbereitung mit an sich bekannten Verfahrensstufen wie mehrstufige Zerkleinerung mit oder ohne hydrothermale Vorbehandlung des Aufgabegutes, Feinzerkleinerung und Klassierung sowie ggf. einer auf den Anwendungszweck bezogenen Oberflächenbehandlung mit variabler Faserbündellängen- und Faserbündeldickenverteilung sowie veränderlichen Faser- und Faserbündelanteilen während des Herstellungsvorganges in eine aus mineralischen Bestandteilen bestehenden Matrix der Baustoffmasse, der Baustoffe und der Bauteile zur Steigerung der Fähigkeit zur Energiedissipation, zur Erhöhung der Beständigkeit gegen Schlag- und Stoßbeanspruchung, zur Behinderung entstehender Risse und zur Übertragung von Zug- und/oder Biegebelastungen über die Rißufer hinaus eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzubringenden Fasern/Faserbündel aus den nachwachsenden faserhaltigen Rohstoffen vorzugsweise aus Bambus oder aus ähnlich konstituierten Naturrohstoffen bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der Baustoffe und Bauteile eine vollständig, überwiegend oder teilweise aus mineralischen Bestandteilen bestehenden Matrix ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Einsatz als biege-, stoß- und/oder zugkraftübertragende Verstärkung vorgesehenen Fasern vorzugsweise als grobfasrige Bambusfaserpartikel mit Anteilen ≦ 6 Vol.-% bei den geometrischen Bedingungen
dFaser ≧ 0,5 mm und 4 ÷ 6 mm ≦ IFaser ≦ 50 ÷ 60 mm verwendet werden, von denen
≧ 50 Masse.-% Längen-/Durchmesser-Verhältnisse von ≧ 50 ÷ 100 aufweisen.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Faserzementplatten vorzugsweise Fasern/Faserbündel mit Anteilen ≦ 30 Vol.-% bei dFaser ≦ 0,5 mm und IFaser ≦ 10 mm als Prozeßfasern verwendet werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mit Bambusfasern zu verstärkenden mineralischen Matrixsystemen mit hydraulisch abbindenden mineralischen Matrixsystemen sowohl eine Begrenzung auf ein Größtkorn ≦ 16 mm erfolgt als auch eine Einstellung des Mehlkornanteils mit dK ≦ 0,125 mm auf ≧ 8 Masse-% und der Feinkornfraktion aus Mehlkorn und Feinstsand mit dK ≦ 0,25 mm auf ≧ 20 Masse-% vorgenommen wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mit Bambusfasern zu verstärkenden mineralischen Matrixsystemen mit Bitumen- oder Asphaltbinder für Straßenbautrag- und -verschleißschichten möglichst hohe Fein- /Feinstkornanteile bei Begrenzung auf ein Größtkorn ≦ 16 mm eingestellt werden und daß die höchste Einbautemperatur der Mischung auf τmisch ≦ 180°C begrenzt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe und das Einmischen der Fasern/Faserbündel in eine vollständig, überwiegend oder teilweise aus mineralischen Bestandteilen bestehende Matrix sowohl mit den Komponenten vor dem Mischprozeß als auch in die fertige Mischung erfolgen kann.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einbringung in hydraulisch abbindende mineralische Matrixsysteme eine bis zu 50 h umfassende Wasserlagerung der Fasern/Faserbündel vorgeschaltet werden kann.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung von Faseroberflächeneigenschaften und/oder der Kapillareigenschaften der Fasern/Faserbündel mit speziellen Vorbehandlungsstufen wie mehrstündige Lagerung, Mischen, Besprühen oder Berieseln in bzw. mit einem auf pH-Wert ≧ 12 eingestellten alkalischen Medium wie NaOH oder mit anderen Chemikalien wie Wasserglas oder Maleinsäure vorgesehen sowie ggf. zusätzliche Trocknungsvorgänge vor der Faserverwendung als Verstärkungs- und/oder Bewehrungsmaterial durchgeführt werden.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die mit Fasern/Faserbündeln ausgerüsteten mineralischen Matrixsysteme an sich bekannte Nachbehandlungsschritte zur Beschleunigung von Abbindevorgängen, Nachbehandlungen für die Oberflächen analog den Vorgehensweisen wie bei faserlosem Beton und/oder Versiegelungsmaßnahmen vorgenommen werden.
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