DE19752045A1 - Mischung und Herstellung von Formteilen aus Glasfaserbeton sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung solcher Formteile - Google Patents
Mischung und Herstellung von Formteilen aus Glasfaserbeton sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung solcher FormteileInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Stoffzusammensetzung zur Herstel
lung von Formteilen aus Glasfaserbeton sowie an die neuartige Rezeptur ange
paßte Herstellungsverfahren und -vorrichtungen.
Es ist bekannt, dünnwandige Formteile, wie sie beispielsweise für Dachfirste be
nötigt werden, aus faserverstärktem Beton herzustellen. Da die zunächst nur
manuell durchgeführten Verfahren sehr zeit- und kostenintensiv sind, wurden
schon vor ca. 20 Jahren neue Herstellungsverfahren entwickelt. Dazu gehörte
vor allem das Injektionsverfahren, bei dem zunächst eine fertige Mischung aus
Zement, Wasser, Bewehrungs- bzw. Verstärkungsfasern und Zuschlagstoffen
hergestellt wird. Diese Slurry-Mischung wird in die Form injiziert, entwässert
und zum Erhärten in eine Stützschalung abgelegt.
Dieses Verfahren funktionierte mit den zunächst als Bewehrung bzw. Verstär
kung verwendeten Asbestfasern gut. Nach dem Verbot von Asbest in der Bauin
dustrie wurden Versuche mit Cellulose und Kunststoffasern als Ersatz unter
nommen. Dabei zeigte sich, daß die so hergestellten Formteile nur eine sehr ge
ringe Festigkeit aufweisen. Die Folge ist, daß, wenn Teile, die der freien Bewitte
rung ausgesetzt sind, nicht bereits beim Transport zur Baustelle oder bei der Be
festigung zu Bruch gehen, diese sehr häufig nach relativ kurzer Zeit, bei natürli
cher Bewitterung, Verformung oder durch Frost, Risse aufweisen. Ursachen da
für sind die relativ kurzen Faserlängen, i.d.R < 6 mm, die geringe Festigkeit von
Cellulose- und Kunststoffasern, der gegenüber der zementgebundenen Matrix
geringe Young-Modul der eingesetzten Fasern und die bei Bewitterung ungünsti
gen Eigenschaften der in relativ großer Menge eingesetzten Cellulosefasern.
Diese Problematik führte zur Forderung einer neuartigen Mischung, deren we
sentlicher Bestandteil 10-20 mm lange Glasfasern sind. Die Faserlänge hat ent
scheidenden Einfluß auf die Biegezugfestigkeit, Verformungswiderstand und die
Schlagzähigkeit. Andererseits führen längere Fasern häufig zum Verstopfen der
Leitungen vom Mischungsvorratsbehälter zur Form und erschweren dadurch ei
ne kontinuierliche Produktion. Ziel der Erfindung ist es, einen Mischungsaufbau
unter Verwendung von 10-20 mm langen Glasfasern zu entwickeln, der ein Ver
stopfen verhindert und damit eine kontinuierliche Produktion ermöglicht.
Weiter ist es ein Problem zu vermeiden, daß Zement beim Preßvorgang bzw.
beim Entwässern aus dem Formteil tritt. Eine Möglichkeit besteht in der Zugabe
größerer Mengen natürlicher Cellulose, deren Einzelfasern eine sehr große spe
zifische Oberfläche besitzen. Cellulose hat aber den Nachteil, daß sie bei der
Wasseraufnahme quillt, wobei diese Volumenvergrößerung zu Spannungen im
Material führt. Die Folge sind geringe Festigkeiten und Rißanfälligkeit bzw. Ris
se des fertigen Produktes.
Es stellte sich daher die Aufgabe, eine neue Zement/Glasfasermischung zu fin
den, die es erlaubt, Formteile mit hoher Biegezugfestigkeit und Schlagzähigkeit
herzustellen, aus denen beim Entwässern der Zement nicht oder nur in geringem
Maße ausgepreßt wird und die darüber hinaus eine hohe Stabilität gegenüber
Witterungseinflüssen aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch wiedergegebenen Merkmale
gelöst und durch die Merkmale der Unteransprüche gefördert.
Aus der EP 0 494 920 ist eine Zementmatrix zur Herstellung von glasfaserver
stärktem Zement oder Beton bekannt, die insbesondere zur Herstellung von
Flachplatten verwendet wird. Die Mischung besteht aus Portlandzement, Hoch
ofenschlacke, Sand und zum Binden von bei der Hydratation freigesetzten Calci
umhydroxid, einer ausreichenden Zuschlagsmenge aus Flugasche, reaktivem Si
liciumdioxid, Metakaolin, Diatomeenerde und/oder Pozzuolanerde. Der glasfaser
verstärkte Beton wird dadurch hergestellt, daß man schichtweise die Zementma
trix und Glasfasern in eine Form einbringt, wobei die Glasfasern entweder als
aufgespleißter Glasfaserroving (Glasfaserstrang) aufgelegt, oder mit Hilfe eines
Faserspritzverfahrens aufgebracht werden. Jedoch lassen sich dreidimensional
geformte Bauteile mit gleichmäßiger Schichtdicke auf diese Weise nicht herstel
len.
Überraschenderweise läßt sich aber eine Matrix aus Zement, Sand, Steinmehl,
bzw. Kalkstein, Feinsand und Wasser jedoch auch mit langfasrigen Glasfasern
vermischen und für Injektionsformverfahren verwenden, wenn dieser Mischung
in geringer Menge Kunststoff- und Kunststoffwattefasern sowie ein Retenti
onsmittel für den Zement zugefügt werden.
Solche Mischungen lassen sich überraschenderweise trotz der langfasrigen Glas
fasern nicht nur problemlos mischen und über entsprechende Leitungen in die
Injektionsform einbringen, sondern halten auch beim Auspressen des über
schüssigen Injektionswassers die pulverförmigen Materialien in ausreichender
Weise zurück, so daß eine feste Matrix entsteht. Vorteilhaft ist hierbei, wenn bei
der Auspressung das Auslaßsieb noch mit einer dreidimensional verformbaren
Latex-Gewebelage überspannt wird.
Die erfindungsgemäße Mischung enthält auf jeweils 100 kg Zement folgende Zu
sätze:
Sand | 5,0 bis 20 kg |
Steinmehl (Kalkstein) | 5,0 bis 20 kg |
Feinsand | 10 bis 30 kg |
Wasser | 80 bis 130 kg |
Kunststoffasern | 0,5 bis 2,5 kg |
Kunststoffwatte | 0,5 bis 2,0 kg |
Glasfasern (10-20 mm Länge) | 2,0 bis 5,0 kg |
Retentionsmittel | 10 bis 25 kg. |
Der verwendete Zement ist vorzugsweise ein calciumhydroxidarmer Hochofen
zement, da dadurch der Zuschlag reaktiver Siliziumoxide oder hydroxidbindender
Silicate in geringeren Mengen erfolgen kann.
Um die Suspendierbarkeit und den Transport durch die Leitungen zu erleich
tern, sollte der verwendete Sand eine Körnung von 50 bis 2000 µm, vorzugsweise
ungefähr 100 bis 1000 µm im Durchschnitt aufweisen.
Als Feinsand wird vorzugsweise reaktives Siliciumdioxid verwendet, wie es aus
Rauchgasen der Schmelzöfen bei der Silicium- und Ferrosiliciumherstellung ge
wonnen wird, jedoch können auch andere calciumhydroxidbindende Silikate oder
reaktive Kieselerden wie Diatomeenerde, Metakaolinit oder Pozzuolanerde ver
wendet werden. Die Menge dieser Stoffe ist so hoch zu wählen, daß zumindest
das freiwerdende Calciumhydroxid bei der Zementhydratation dadurch gebunden
wird. Darüber hinaus erhöhen diese feinteiligen Bestandteile (Korngröße vor
zugsweise 1 bis 50 µm) zusätzlich die Festigkeit der Zementmatrix.
Als Kunststoffasern werden vorzugsweise alkaliresistente Kunststoffe wie Poly
acrylnitril, Polypropylen, Polyvinylalkohol, Polyethylen oder Polyamide einge
setzt, wobei Polyacrylnitril bevorzugt ist, da es neben seiner Festigkeit auch eine
für die zusätzliche Zementadsorption vorteilhafte Polarität aufweist. Die Fasern
werden hierbei in einer Länge von 3 bis 10 mm, vorzugsweise 4 bis 5 mm, einge
setzt, bei Faserdicken zwischen 20 und 100 µm.
Die verwendete Kunststoffwatte besteht vorzugsweise aus dem gleichen synthe
tischen Fasermaterialien, die eine Faserdicke von 1-30 µm aufweisen. Besonders
bevorzugt wird eine synthetische Watte aus Polyethylenfasern, welche in einer
Dicke von 1 bis 10 µm geblasen sind.
Die verwendeten Glasfasern sind bevorzugt alkalibeständige Fasern, vorzugswei
se die handelsüblichen AR-Glasfasern, welche Zirconoxid (oder Zirconerde) als
Zuschlagstoff enthalten, um den Alkaliangriff zu verringern. Glasfasern dieser
Art werden als Spinnroving mit Durchmessern von 10 bis 20 µm hergestellt und
anschließend auf Länge geschnitten. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise Fa
sern mit einem Durchmesser von 10 bis 20 µm eingesetzt, wobei die Fasern auf
Längen von 5 bis 20 mm geschnitten sind und insbesondere Fasergemische mit
Längen von z. B. 12 und 18 mm eingesetzt werden. Auch ein Zusatz von Fasern
mit einer Länge von 6 mm kann für einen besonders gleichmäßigen Aufbau der
Mischung sinnvoll sein. Die Einzelfasern sind üblicherweise mit einer wasserun
löslichen Schlichte beschichtet und zu Spinnfäden zusammengefaßt, welche die
Dispergierung in Einzelfasern in der Zementmischung erleichtert. Fasern dieser
Art sind als Zusatz für Glasfaserbeton handelsüblich.
Als Retentionsmittel werden Polyelektrolyte verwendet, die die Adsorption der
Zementteilchen an die Fasern sowie die Agglomeration miteinander fördern. Be
sonders bewährt haben sich Polyacrylate mit schwach anionischer Ladung, wie
sie auch als Flockungsmittel in der Abwassertechnik üblich sind.
Die erfindungsgemäße Mischung wird auf üblichen Anlagen für die Herstellung
von Faserbetonelementen verarbeitet, wie sie beispielsweise in der europäischen
Patentanmeldung 0 459 270 A2 beschrieben sind. Durch die gute Verarbeitbar
keit der erfindungsgemäßen Mischung lassen sich insbesondere auch kompliziert
geformte Formen, wie sie für Randstücke, Anschlußstücke oder ähnliches benö
tigt werden, herstellen.
Die Herstellung erfolgt in üblicher Weise, indem die in entsprechenden Misch
vorrichtungen homogenisierte Mischung über Leitungen in die Formen gepreßt
wird, worauf die Form geschlossen und durch Druck über den Siebboden über
schüssiges Wasser ausgepreßt wird. Abweichend von dem üblichen Verfahren
kann über den Siebboden noch eine zusätzliche Filterschicht aus einem dreidi
mensional verformbaren Latexgewebe gelegt werden, welche sich unter dem
Preßdruck glatt an die Sieboberfläche anlegt und das Entweichen von Zement
teilchen zusätzlich verhindert. Latexgewebe dieser Art wird beispielsweise zur
Herstellung von Badeanzügen etc. in großem Maße eingesetzt. Die geringe Was
seraufnahme und glatte Oberflächenstruktur erlaubt ein einwandfreies Ablösen
des Filters von dem fertigen Formkörper, so daß die Filterschicht viele Male ver
wendet werden kann, bevor sie sich soweit abnutzt, daß ein Ersatz notwendig ist.
Außerdem werden dadurch die Standzeiten der Siebe wesentlich erhöht.
In den folgenden Beispielen werden einige repräsentative Ausführungsformen
der Erfindung wiedergegeben.
Claims (12)
1. Mischung zur Herstellung von Formteilen aus Glasfaserbeton gekenn
zeichnet durch die folgende Zusammensetzung
Zement 100 kg
Sand 5,0 bis 20 kg
Steinmehl 5,0 bis 20 kg
Feinsand 10 bis 30 kg
Wasser 80 bis 130 kg
Kunststoffasern 0,5 bis 2,5 kg
Kunststoffwatte 0,5 bis 2,0 kg
Glasfasern (10-20 mm Länge) 2,0 bis 5,0 kg
Retentionsmittel 10 bis 25 kg.
2. Mischung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stofflich
verschiedene Fasern - vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen, Po
lyvinylalkohol, Polyacrylnitril und Glasfasern verwendet werden.
3. Mischung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Fasern mit unterschiedlicher Länge von 0,1-20 mm verwendet werden und
eine Fein- bis Grobbewehrung ermöglichen.
4. Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zement ein calciumhydroxidarmer Zement, insbesondere ein
Hochofenzement ist.
5. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Feinsand und das zugesetzte Steinmehl bzw.
Kalksteinmehl Korngrößen von 50 bis 2000 µm, vorzugsweise ungefähr
100 bis 1000 µm aufweisen.
6. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Feinsand ein reaktives Siliciumdioxid aus
Rauchgasen, Flugaschen, Metakaolinit, Diatomeenerde oder Pozzuolaner
de ist.
7. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kunststoffasern Polyacrylnitril, Polypropylen,
Polyvinylalkohole, Polyamid oder Polyolefinfasern eingesetzt werden.
8. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kunststoffwatte eine Polyethylenwatte mit ei
ner Faserdicke von 1 bis 10 µm eingesetzt wird.
9. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Glasfasern aus alkaliresistentem Glas bestehen
und einen Faserdurchmesser von 10 bis 20 µm und eine Faserlänge von 10
bis 20 mm aufweisen.
10. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß als Retentionsmittel Polyelektrolyte, vorzugsweise
ein schwach anionisches Polyacrylat verwendet wird.
11. Verfahren zur Herstellung von Formteilen nach dem Injektionsverfahren,
wobei eine fertige Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in eine
entsprechende Form injiziert, entwässert und der Rohling zum Erhärten
in eine Stützschalung gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei
der Entwässerung ein Filtertuch aus einem dreidimensional verformbaren
Latexgewebe auf das Ablaufsieb aufgelegt wird.
12. Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Glasfaserbeton beste
hend aus einer an sich bekannten Injektionsformanlage, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Entwässerung über ein auf die Siebunterlage
aufgelegtes dreidimensional verformbares Latexgewebe erfolgt.
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