DE19504782A1

DE19504782A1 - Verfahren zur Herstellung von künstlichen Felsen und Kunststeinen, aus natürlichen Stoffen mit faserverstärkten, hydraulisch erhärtenden Massen

Info

Publication number: DE19504782A1
Application number: DE1995104782
Authority: DE
Inventors: Roland Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2015-02-15
Also published as: DE19504782C2; DE19504782C5

Description

Uns ist bekannt, daß verschiedene Patente für die Verar beitung von Faserzement sowohl auf Basis hydraulisch er härtender Massen als auch auf Kunststoffbasis vorhanden sind. Gleichfalls bekannt ist, daß Verfahren zur Herstellung von Leichtfelsen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) existieren.

Folgende Patente sind uns bekannt:
DE 26 17 741 C3
DP 41 37 463
DP 42 41 979
EP 93119180.

Die Erfindung besteht darin, daß ohne Zusatz von künstlichen Stoffen, nur unter Beigabe von natür lichen Bindemitteln und Zuschlagsstoffen, Kunst steine entstehen, die in der Oberflächen struktur dem natürlichen Vorkommen gleichkommen. Speziell die hergestellten Kunstfelsen sind den Original vorkommen in der Natur in Form, Struktur und Farbe gleich. Durch den steten Abbau von Felspartien wird die Natur ständig in ihrem Gleichgewicht gestört.

Entstandene Biotope werden zerstört.

Flora und Fauna werden nachhaltig gestört und bedingen vom Menschen immer neue Anstrengungen, diese wieder in ein Gleichgewicht zu bringen.

Durch diese Erfindung ist es möglich, die Natur zu schonen und in einer Weise nachzubilden, die es dem Betrachter nicht sehen läßt, daß es sich um Nachbildungen handelt. Stark verwitterte Felspartien von z. B. Muschelkalkformationen oder Schiefergestein, die mit ihren schmalen, oft locker zusammengehaltenen Gesteinsriemchen praktisch nicht nach dem Abbau wieder in ihrem ursprünglichen Erscheinungsbild aufzubauen sind, werden durch diese Erfindung nachbaubar. Ein weiterer Vorteil liegt in der Vervielfältigung von Naturschönheiten in der Form, daß vorwiegend äußerst deko rative Formationen in einem umweltschonenden Verfahren ab geformt werden und somit kein ständiger Eingriff in die Natur erfolgt.

Durch die Verwendung der vormals abgenommenen Formen ist eine problemlose Vervielfältigung möglich, die auf kosten sparende Weise die Natur nachbauen läßt und somit einen Beitrag zur Renaturierung von durch Baumaßnahmen wie Straßen, Schiffahrtskanäle, Hochbaumaßnahmen und durch bergbauliche Maßnahmen belastete Landstriche oder Regionen schafft.

Nicht nur der optische Effekt dieser künstlichen Wände gibt dem Betrachter ein Gefühl, Natur vor sich zu haben, sondern auch die durch die Verwendung im Schallschutz sich eröffnenden Möglichkeiten der Lärmreduzierung.

Ein weiterer Vorteil dieses Produktes liegt darin, daß durch die Verwendung von nichtbrennbaren Materialien ein aktiver Brandschutz für den Einsatz im Dekorations bereich gegeben ist.

Die Verwendung von Materialien, die seit je her als schadstoff frei gelten, verhilft dazu, daß der Einsatzbereich für dieses Produkt in seiner Vielfalt noch nicht einzugrenzen ist.

Die in der beschriebenen Form hergestellten Produkte sind voll recyclebar d. h. wieder rückgebaute oder zerstörte Teile können ohne großen Aufwand zerkleinert und als Komponente einem Schotter oder Beton als Zuschlagsstoff zugeführt werden.

Weiterhin bestehen verschiedene Variationsmöglichkeiten in der Materialzusammensetzung und Formkörperkonturengestaltung, die nicht nur auf Felsen beschränkt sind.

Bezüglich Umweltverträglichkeit gelten für Zement, Zuschlags stoffe und ggf. Zusatzmittel die gleichen Bedingungen wie für Beton.

Sowohl bei der Verarbeitung als auch bei der Entsorgung von Glasfaserbeton werden keine Schadstoffe freigesetzt. Unter Einhaltung der üblichen Schutzmaßnahmen ist daher die Umweltverträglichkeit gegeben.

Bedingt durch den definierten Durchmesser von in der Regel < 13 µm gilt die im Glasfaserbeton verwendete textile Glas faser in gesundheitlicher Hinsicht als unbedenklich. Nachgewiesenermaßen gelten Fasern mit einem Durchmesser unter 3 µm als kritisch, da sich Fasern mit einem solchen Durchmesser als Schwebstoffe in der Luft halten.

AR-Glasfasern sind textil und haben einen definierten Durch messer von 10 bis 30 µm. Der Alkaliwiderstand der Glasfaser wird im wesentlichen durch die Glaszusammensetzung (z. B. Anteil an Zirkoinoxyd) und die Schlichte (= Beschichtung) erreicht. Die Formkörpernachbildung wurde durch Spritzbeton d. h. Glas faserbeton hergestellt, bei dem die Glasfaser während des Spritz prozesses von der Matrix ummantelt wird, und nach der üblichen Aushärtungszeit der Form entnommen wird.

Durch die mechanische Bearbeitung von Glasfaserbeton wie Sägen, Bohren, Brechen und Schleifen wird die Glasfaser nicht in dünnere Fasern gespalten. Deshalb können auch für die Bear beitung gängige Werkzeuge und Geräte verwendet werden.

Die Oberflächenstruktur entsteht dadurch, daß die Matrix in Siliconformen, die von natürlichen Felsformationen oder Stein quadern oder Mauern abgenommen wurden, im Negativverfahren aufgespritzt werden.

Die Wandstärke der Formkörpernachbildungen hängt ab von der Oberflächenstruktur und schwankt zwischen 8 und 20 mm. Die Oberflächenfarbe und Materialfarbe entspricht der Farbe des Bindemittels Zement und ist grau oder weiß (Zementeigenfarbe).

Grundsätzliche Überlegungen der Konstruktion

Glasfaserbauteile sind in der Regel dünnwandige, montierbare Bauteile. Ihre Fertigung erfolgt üblicherweise im Gieß- oder Spritzverfahren. Vorwiegend werden die Bauteile in Formen her gestellt. In Sonderfällen ist es auch möglich, mit Matrix vor bereitete bzw. im Dünnbettverfahren beschichtete Glasfaser matten mit hohem Alkaliwiderstand in Formen einzulegen oder frei zu formen.

Montierbare GFB-Bauteile werden nach der erforderlichen Aus härtungs- und Lagerungszeit im Innen- oder Außenbereich ein gebaut. Hierbei ist zu beachten, daß sich GFB-Bauteile im Außenbereich anders verhalten als im Innenbereich. Es ist dar auf zu achten, daß entsprechende Dehnungsfugen geschaffen wer den, die das unterschiedliche Dehnverhalten im Wechsel der Temperaturen ausgleichen.

Einbauart und Befestigungsmittel richten sich nach den Rand bedingungen bzw. der Unterkonstruktion am Befestigungsort.

Die Formkörpernachbildungen sind untereinander kombinierbar. Einzelteile können als Ganzes oder als Bruchteil mittels ent sprechender Matrix verbunden bzw. vergrößert werden. Die entsprechende Verbindung erfolgt durch Verspannung der an den Teilenden herausstehenden Fasern.

Die Befestigung der in sich verbundenen Formkörperteile erfolgt durch Verschraubung an der Stützkonstruktion einer bestehenden Wand oder Metallgerüst-Konstruktion.

Die Befestigungsmittel sind üblicherweise aus nichtrostendem Stahl. Die Herstellungsart des Bauteils bestimmt maßgeblich, auf welche Weise Befestigungsmittel in das Bauwerk eingebaut werden.

- Einlegen in die Form und Einbetten während des Herstellvorgangs
- Anschraubung nach der Aushärtung des Elements
- Aufkleben nach der Aushärtung des Elements.

GFB-Bauteile sind in der Regel keine Verschleißteile, sondern für längere Nutzungsdauer ausgelegt.

Die Gebrauchstauglichkeit muß über diese Nutzungsdauer gewährleistet sein.

Je nach Anwendung kann die lange Lebensdauer eine konstruk tive Ausbildung bedingen, die eine Kontrolle der Befestigungs mittel oder anderer Teile des Gesamtsystems erlauben. Diese Voraussetzung muß besonders da gegeben sein, wo die eingesetzten GFB-Bauteile in Verbindung mit den Elementen Wasser und Boden stehen. Besonders der Einsatz von Düngestoffen bei bepflanzten GFB-Bauteilen sowie der ständige Kontakt mit mineralhaltigem Wasser kann zu erhöhten Abnutzungserscheinungen führen.

Die Konstruktion eines Bauteils ist maßgeblich von seiner Funktion und dem Einsatzort bestimmt.

Zur Funktion eines Bauteils kann gehören:

- architektonische Gestaltung
- Tragfähigkeit
- Schall- und Wärmedämmung
- Brandwiderstand.

Anwendungsbeispiel Herstellen der Matrix

Zusammensetzung der Mischung für das Spritzverfahren einer üblichen Matrix ohne besondere Ansprüche.

Zement PZ 55\|100 kg
Sand 0/2	100 kg
Wasser	22 kg
Betonverflüssiger	3 kg
Glasfaser (4 Vol.-%)	12 kg

Alle verwendeten Materialien müssen in ihren Eigen schaften den Kriterien der entsprechenden DIN-Normen entsprechen. Insbesondere gelten folgende Normen und Richtlinien für vorgenannte Materialien.

DIN 1164
für Zement
DIN 4226	für Zuschlagsstoff Sand
	Teil 1 bzw. nach Regelsieblinien und DIN 1045
DIN 1085	Güteüberwachung Beton
DIN 1048	Prüfung Beton
CEN-Vornorm	für Glasfaserbeton

Zulassungsbescheid für alkalibeständige Glasfaser Nr. Z-4.5-67 für Glasfaser "CemFil 2".

Fließmittel sind nicht nach DIN 1045 bzw 1084 konform. Diese wurden von DAfStb untersucht nach den Richtlinien für die Herstellung und Verarbeitung von Fließbeton.

Als Zuschlagsstoff Sand wird ein natürlicher Quarzsand der Körnung 0/2 mit hohem Feinteilgehalt, als gewasche ner Sand verwendet.

Mittels eines Zwangsmischers werden die einzelnen Kom ponenten exakt abgewogen und zu einem homogenen Gemisch (Matrix) vermischt.

Der Mischer muß hohe Geschwindigkeiten fahren können und optimale Schneideeigenschaften aufweisen.

Das Spritzgut ist vor Einbringung in das Pumpaggregat durch ein Sieb mit max. 2 mm weiten Maschen zu lenken.

Abhängig vom verwendeten Pumpaggregat ist (wir verwenden eine handelsübliche Dickstoffpumpe) wird der Matrix so wenig wie möglich Betonverflüssiger zugegeben. Ziel ist es, die Matrix so standfest wie möglich zu halten, um bei der Ausbringung auch an senkrechten Flächen ein Abgleiten zu verhindern.

Die so hergestellte Matrix wird nun in vorbereitete Sili conformen eingespritzt.

Vorab werden die Siliconformen in Hartschalen eingelegt, die eine gleichmäßige wiederkehrende Form des zu fertigen den GFB-Teils gewährleisten.

Nachdem die GFB-Teile nur eine Wandstärke von 8-20 mm haben, ist es erforderlich, möglichst Fasern mit einer Länge von über 30 mm zu schneiden bzw. zuzuführen. Da Fasern dieser Länge beim Pumpvorgang geschädigt würden bzw. den Sprühkopf verstopfen, können diese nicht vorab der Matrix zugemischt werden.

Abhängig vom jeweils herzustellenden GFB-Formteil muß mit unterschiedlichen Sprühkegeln beim Ausspritzen ge arbeitet werden.

Hat der Hauptluftstrom etwa 3 kg/cm² Druck, der Zerstäuber etwa 4 kg/cm², so entsteht ein schmaler Sprühkegel, der vorwiegend für filigrane Teile Verwendung findet.

Hat der Hauptluftstrom etwa 4 kg/cm² Druck, der Zerstäuber etwa 3 kg/cm², entsteht ein breiter Sprühkegel, der vor wiegend bei ebenen Flächen Verwendung findet.

Die speziell für diesen Gebrauch entwickelte Spritzpistole ist kombiniert mit einem Faserhacker.

Der Luftdruck für den Faserhacker ist so einzustellen,daß ein Ausstoß von 630 g pro Minute erfolgt.

Durch unterschiedliche Bestückung des Faserhackers mit Schneidemessern wird erreicht, daß Fasern in verschiedenen Längen geschnitten werden.

Die Pumpleistung der Förderpumpe ist auf 12 kg Matrix pro Minute Förderleistung einzustellen.

Die Endlos-Glasfaser (Roving) wird unmittelbar dem Faser hacker zugeführt und geschnitten.

Durch die konzentrische Düse ist die Handhabung der Spritz pistole relativ einfach. Die Pistole ist etwa 35 cm von der Oberfläche der Form zu halten, möglichst im rechten Winkel zur Form. Anschließend sind gefühlvolle und gleich mäßige Sprühzüge, bei denen die Pistole gleichmäßig in Kreisen bewegt wird, durchzuführen.

Die Auftragsstärke sollte in einem Arbeitsgang nicht über 5 mm liegen. Entsprechend der Teilstärke sind somit mehrere Arbeitsgänge erforderlich, wobei jede Auftragsschicht mit einem Faserroller nachzuwalzen ist.

Großes Augenmerk ist darauf zu legen, daß die GFB-Teile richtig nachbehandelt werden. Hierzu ist es erforderlich, daß nach dem Nachwalzen die Flächen mit einer Folie abge deckt werden, die das schnelle Austrocknen bzw. übermäßiges Verdunsten der Abbindeflüssigkeit verhindern.

Die GFB-Flächen sind nach ca. 24 Stunden entformbar. Die Teile werden aus der Stütz-Form genommen, und die Matrize wird abgezogen. Anschließend werden die GFB-Teile bis zur vollständigen Aushärtung stehend in Regalen gelagert.

Begriffe und Abkürzungen

Die verwendeten Begriffe entsprechen den zur Zeit für Glasfaserbeton üblichen Bezeichnungen. Die in den CEN- Vornormen (prEN-Norm) benutzten Bezeichnungen weichen teilweise davon ab, wurden aber deshalb nicht verwendet, weil diese CEN-Dokumente teilweise noch in Bearbeitung sind.

Glasfaserbeton
Zementgebundener Feinbeton, der mit Glasfasern bewehrt ist, die mit der Matrix verträglich sind.
GFB	Abkürzung für Glasfaserbeton
Matrix	Grundmasse eines faserbewehrten Verbundwerkstoffs.
Feinbeton	Beton mit obtimiertem Kornaufbau unter Verwendung von Zement und Zuschlägen mit Größtkorn unter 4 mm und ggf. Zusatzstoffen und Zusatzmitteln.
Zusatzstoffe	Komponenten der Matrix, die ihre Zusammensetzung mitbestimmen und als Volumenanteil bei der Stoffraumrechnung berücksichtigt werden. Zusatzstoffe sind zum Teil reaktiv, werden aber nicht als Bindemittel angerechnet (z. B. Microsilica). Zusatzstoffe können auch organisch sein (z. B. Polymerdispersionen).
Zusatzmittel	Stoffe, die die Verarbeitungseigenschaften oder das Gefüge des Betons durch ihre Wirkung verändern (z. B. Fließmittel, Luftporenbildner). Sie werden bei der Stoffraumberechnung nicht als Volumenanteil berücksichtigt.
AR-Glasfasern	Glasfasern mit hohem Alkaliwiderstand, die mit der Zementmatrix verträglich sind. AR-Glasfasern sind textil und haben einen definierten Durchmesser von 10 bis 30 µm. Der Alkaliwiderstand wird im wesentlichen durch die Glaszusammensetzung (z. B. Anteil Zirkonoxyd) und die Schlichte (= Beschichtung) erreicht.
E-Glasfasern	Glasfasern, die nur in speziell modifizierten Matrices eine anwendungsspezifisch ausreichende Beständigkeit aufweisen können (bekannt sind z. B. Matrices mit Polymeranteil → 15
LOP	Proportionalitätsgrenze bei Biegebelastung (engl. Limit of Proportionality)
MOR	Biegezugfestigkeit
Mixbeton	Glasfaserbeton, bei dem die Glasfaser vor seiner Verarbeitung in die Matrix bereits eingemischt sind.
Spritzbeton	Glasfaserbeton, bei dem die Glasfasern während des Spritzprozesses in die Matrix eingemischt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern in Form von Oberflächennachbildungen einer bestimmten Gesteinsart mittels einer flexiblen Form und hydraulisch erhärtenden Massen, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Form mit einem bestimmten Gemisch aus unge färbten oder gefärbten Beton bestimmter Art, dem in einem besonderen Verfahren ein Gewichtsanteil von Fasern bestimm ter Stärke und Zusammensetzung zugefügt ist, in der nötigen Stärke ausgefüllt und nach dem Erhärten entschalt und der Verwendungsstelle zugeführt wird.

2. Formkörpernachbildung nach den Ansprüchen unter 1, jedoch mit einer Oberflächenstruktur von Eruptiv- und Sedimentge steinen wie z. B. Sandstein, Porphyr, Basalt, Keuper, Lava und anderen natürlichen Gesteins- und Erdformationen.

3. Formkörpernachbildung nach den Ansprüchen unter 1, jedoch unter Verwendung von Betonfarben wie z. B. Eisenoxidpigmente und Chromoxid-Pigmente. Die Farbintensität des damit pigmentierten Betons hängt ab von der Pigmentierungshöhe, dem Wasserzementwert, der Zement eigenfarbe, der Härtungstemperatur und dem Einfluß der Schalung und Nachbehandlung. Entstehende Ausblühungen werden nicht unterdrückt und sind erwünscht.

4. Formköpernachbildung nach den Ansprüchen unter 1, jedoch unter Verwendung von Stahlfasern zur Erhöhung der Biegezug festigkeit und Ausfärbung von Eisenoxid (Rostflecken) mit der entsprechenden Antik-Patina.

5. Formkörpernachbildung nach den Ansprüchen 1 bis 4, jedoch unter Verwendung von Silikatfarben und anderen Farben, die unter Beachtung der Herstellungsvorschriften und vorheriger Hydrophobierung auf Basis Kieselsäureverbindung zur Farbgebung bzw. Maserungs nachbildung aufgespritzt werden.

6. Formkörpernachbildung nach den Ansprüchen 1 bis 5, jedoch unter Verwendung von in die Form eingestreuten Natursanden und Natursplitten zur Erzielung einer dem natürlichen Gestein gleichem Aussehen.

7. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 6, jedoch werden die Strukturen nachträglich mit Hilfe von Strukturwalzen bzw. Abdrücke mit Matrizen aus elastischen Materialien oder Handmodellierung aufgebracht.

8. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 7, jedoch mit Nachbehandlung der Oberflächenstruktur durch Absäuern, Auswaschen, Sandstrahlen oder Spitzen.

9. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 8, jedoch unter Verwendung von Glasfasermatten mit hohem Alkaliwiderstand als Ersatz der in die Matrix eingeblasenen Fasern.

10. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 8, jedoch unter Verwendung von synthetischen Fasern o. dgl. als Ersatz der Glasfasern, daß man Mineralfasern und/oder Kohlestoffasern und/oder organische Fasern und/oder Metallfasern einsetzt.

11. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 10, jedoch unter Verwendung von Metallgeflechten als Trägerkonstruktion der Formgebung.

12. Formköpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 11, jedoch unter der Verwendung von Trasszementen als Bindemittel zur Minderung des pH-Wertes in Verbindung mit Wasserbauteilen bzw. Einsatz in Flora- und Faunabereich.

13. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 12, jedoch unter Verwendung von polymeren Zusatzstoffen (polymermodifizier ter Beton) zur Senkung des Eigengewichtes der Formkörper.

14. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß während der Herstellung in den Formkörper Verankerungslöcher o. dgl. eingeformt werden.

15. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mittels mit Matrix befüllter Glasfasermattenstücke Befestigungsteile aus Metall nach träglich auf der Rückseite anbetoniert werden.

16. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß während des Spritzvorganges metallaschen in den Formkörper miteingespritzt werden, die im Fasergefüge eingebettet sind.

17. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungsteile aus Metall nachträglich auf der Rückseite des Formkörpers mit 2-Komponenten-Kleber aufgeklebt werden.

18. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelteile der Formstücke mittels mit Matrix befüllter Glasfasermatten zu Groß teilen zusammengefügt werden.

19. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 18, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelteile der Form stücke nach entsprechender Anpassung der Teile mittels 2-Komponenten-Kleber verklebt werden.

20. Befestigung der Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 14 bis 20 durch Dübelsysteme wie Durchsteck-Anker, Einschlagdübel, Einsetzanker, Nylondübel, Hohlraumanker, Leichtbetonanker Der unterschiedliche Abstand der Formkörper wird durch PVC-Abstandhalter (PVC-Hülsrohre) die über Gewindestabstücke geschoben werden, erreicht. Als Mutter dient ein speziell ange fertigtes Teil mit Innengewinde und angeschweißten Flügeln.

21. Formkörpernachbildungen nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Wandstärke durch Einsatz von elektronischer Steuerung die Körper stärke exakt eingehalten wird.