DE2225485C3 - Verfahren zum Herstellen von Kunstbeton-Bauelementen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Kunstbeton-BauelementenInfo
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Description
45
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen »on formstabilen und tragfähigen Kunstbeton-Bauele-Inenten
durch Verkleben eines Gemenges von harten Mineralkörnern mit beigemischtem, thermisch aushärtfcarem
Kunstharz unter Druck- und Wärmeeinwirkung In einer druckfesten Form bis zur Bildung einer
inonoythischen ausgehärieten Korngefügestruktur.
Bei bekannten Verfahren dieser Art werden als Gemenge von harten Mineralkörnern vorzugsweise
Sand-Kies-Gemenge z. B. Seesande mit gerundeten Körnern oder Bruchsand, z. B. Quarz- oder Kalkstein-Bruchsand
und beigemischten Kies- oder Blähton-Körnern verwendet. Für mehr als 50, vorzugsweise für 90 ^0
Gewichtsprozent der Körner sollen dabei die Durchmesser im Bereiche von 0,05 mm bis 0,5 mm liegen. Die
größeren Körner haben mit Vorteil Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm. Der Staubanteil soll möglichst
gering sein, weil Gesteinsstaub zur Festigkeit des bfl
Endproduktes nicht beiträgt und viel Harz aufsaugt. Im wesentlichen entspricht also das Korngrößen-Spektrum
demjenigen für vorfabrizierte mit hydraulisch abbindendem Zement gebundene Betonbauteile. Als Kunstharz
werden vorzugsweise thermisch aushärtende Duroplaste ohne saure Härtezusätze verwendet. Für kalkfreie
Sand-Kiesgemenge sind gegebenenfalls saure Härtezusätze
zur Beschleunigung der Aushärtung brauchbar.
Soweit das Mineralkorngemenge voraussetzungsgemäß als in sich dichtes Korngefüge über großflächige
und zusammenhängende, ausgehärtete Kunstharzschichten zu monolythischen Strukturen verbunden ist,
können Kunstbeton-Bauelemente im Vergleich zu hydraulisch gebundenen Zementbeton-Bauelementen
entsprechender Kornzusammensetzung ähnliche Druckfestigkeiten und wesentlich höhere Biege-Zugfestigkeiten
haben. Außerdem zeichnen sich warmgehärtete Kunstharzbeton-Bauelemente im Vergleich zu
Zementbeton-Bauteilen durch bessere Beständigkeit gegenüber klimatischen Umweltsbedingungen und
allgemeine Alterung aus, speichern praktisch keine Feuchtigkeit und haben dank dem ähnlichen Gewicht
ähnliche Schalldämmungseigenschaften wie Zementbeton-Bauteile. , . . r~. . ,
Trotz dieser vorteilhaften technischen bigenschaften
konnten bisher vorfabrizierte Kunstbeton-Bauelemente in der Bautechnik nur relativ wenig Anwendung finden.
Dies vor allem wegen ihres im Vergleich zu Bauteilen aus Zementbeton. Gips, gebranntem Ton und ähnlichen
Naturbaustoffen hohen Gestehungspreises. Dabei ist zum Teil der höhere Gestehungspreis für Kunstbeton-Bauteile
durch den im Vergleich zu Zement, Gips usw. etwa lOmal höheren Kunstharz-Kilopreis bedingt. Auch
die Material-Verarbeitungskosten zur Herstellung von Kunstbeton-Bauelementen, bedingt durch die thermische
Aushärtung unter Druck, ist grundsätzlich höher als für gegossene bzw. gestampfte Zementbeton- auch
Gipsplatten.
Notwendige Voraussetzung für eine relativ häufige Verwendung von Kunstbeton-Bauelementen im Baugewerbe
wäre es, durch eine wesentliche Vereinfachung bzw. Verbilligung des Herstellungsverfahrens Mauern,
Zwischenwände, Böden und Decken unter Verwendung von Kunstbeton-Bauelementen zu konkurrenzfähigen
Fertigpreisen in der erforderlichen Güte anzubieten. In dieser Hinsicht schafft die vorliegende Erfindung
gegenüber dem bekannten Stand der Technik wesentlich günstigere Vorbedingungen. Nach dem bekannten
Stand der Technik wird dem als billiges Ausgangsmaterial verwendeten, losen Mineralkorngemenge, d. h. einer
Sand-Kies-Mischung, flüssiges Kunstharz im Überschuß, d.h. zu einem Anteil von 20 und mehr
Gewichtsprozent, bezogen auf das Totalgewicht des Endprodukts, beigemischt. So ist es nämlich technisch
nicht schwierig, die infolge des Harzüberschusses fließfähige Mineralkorn-Kunstharz-Mischung in Formen
genügend zu verdichten, um eine lunkerfreie Mischung in der Form zu erhalten, die sich unter
Wärmezufuhr zu einer monolythischen Struktur erforderlicher Festigkeit aushärten läßt.
Abgesehen davon, daß, wie vorstehend erläutert, für die industrielle Herstellung von Platten und anderen für
den Hausbau verwendbaren Bauelementen die Verwendung von Kunstharz zu einem so hohen Gewichtsanteil
aus Materialpreisgründen untragbar ist, wirkt sich ein so hoher Kunstharzgehalt auch nachteilig auf die Brandfestigkeit
des Endproduktes aus.
Sofern aber nach dem Stand der Technik versucht würde, dem Gewichtsanteil des Kunstharzes im
Sand-Kies-Gemenge wesentlich zu verringern, vorzugsweise auf Werte von weniger als 10 Gewichtsprozent,
entsteht ein relativ trockenes Korn-Kunst-Harz-Gemisch, das sich in einer Form nur unter extrem hohem
Preßdruck so weit verdichten läßt, daß der Forminhalt
bei nachfolgender Erwärmung zu einer monolythischen Struktur mit der erforderlichen Festigkeit aushärtet
Diese hohen Verdichtungsdruckwerte für harzarme und darum relativ trockene Mineralkorn-Genxenge sind
dadurch bedir=gt, daß die Mineralkörner sich örtlich zu
sperrenden Kornbrücken verkeilen, welche durch die von außen einwirkenden Preßkräfte zertrümmert
werden müßten. Das setzt bei normalen Plattendicken von 5 bis 10 cm Flächendruckwerte von 100 bis 500
Tonnen/m2 voraus. Großflächige Preßmaschinen mit derart hohen Flächendrücken sind aber übermäßig
teuer und auch stark dem Verschleiß ausgesetzt Dementsprechend könnten nach bekannten Herstellungsverfahren
nur kleindimensionierte Kunstbeton-Bauelemente mit relativ geringem Harzanteil einzeln
nacheinander in brauchbarer Güte hergestellt werden.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Herstellungsverfahren für Kunstbeton-Bauelemente unter von
außen auf den Forminhalt ausgeübtem Preßdruck ist durch die damit unvermeidbar bewirkte Maß- und
Form-Ungenauigkeit der hergestellten Bauelemente gegeben. Es bleibt nämlich weitgehend dem Zufall
überlassen, auf welche Enddicken örtlich und gesamthaft der Forminhalt unter äußerem Preßdruck zusammengepreßt
wird. Auf diese Weise ergeben sich z. B. bei Solldicken von 60 mm Abweichungen von 2 und mehr
Millimetern, d. h. die auf die bekannte Art hergestellten Kunstbeton-Bauelemente werden nicht form- und
maßgenauer als entsprechende Bauelemente aus Zementbeton, Gips und Ton. Die mit so ungenauen
Bauelementen hergestellten Mauern, Zwischenwände, Böden und Decken müssen vor dem Endgebrauch
verputzt bzw. ausgeebnet werden. Wünschenswert wäre es darum, Kunstbetonbauelemente ohne kostspieligen
Mehraufwand so maß- und formgenau herstellen zu können, daß eine Nachbearbeitung der damit erstellten
Gebäudeflächen nicht mehr notwendig wäre. Zur Behebung der vorstehend erläuterten Nachteile bekannter
Herstellungsverfahren für Kunstbeton-Bauelemente soll die Erfindung zwei wesentliche Aufgabenziele
realisieren:
Auch bei einer Verminderung des Harzgehaltes einer Mineralkorn-Kunstharzmischung auf weniger als
Gewichtsprozent, bezogen auf das Totalgewicht des Endproduktes, soll das erfindungsgemäße Verfahren
ohne notwendige Einwirkung von hohen, äußeren Preßkräften auf den Forminhalt dessen Verdichtung
und Verfestigung zu einer monolythischen Struktur mit entsprechend guter, garantierbarer Druck- und Zugfestigkeit
in wirtschaftlicher, für die industrielle Massenfertigung geeigneter Weise ermöglichen.
Außerdem soll ein nach vorstehender Aufgabenstellung verbessertes Verfahren auch hinsichtlich der Maß-
und Formgenauigkeit der hergestellten Kunstbeton-Bauelemente relativ zum Stand der Technik wesentliche
Verbesserungen erbringen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß einer losen
Masse von mindestens 85 Gewichtsprozent Mineralkörnern
a) höchstens 5 Gewichtsprozent eines feinkornigen Granulats aufblähbaren Kunststoffmaterials,
b) sowie höchstens 10 Gewichtsprozent eines ungehärteten Phenol-Formaldehyd-Harzes vom Resol-Tvd.
wobei das Harz bezogen auf die flüssige Harzmenge höchstens 20 Gewichtsprozent an
flüchtigen Bestandteilen enthält, bis zur homogenen Komponentenverteilung beigemischt werden,
die Totalmischung in einen Formhohiraum gefüllt und der Forminhalt nach druckfester Verschließung
der Form
c) zuerst auf den Bläh temperaturbereich des Granulats
a)
d) und anschließend auf den höheren Aushärtetempe-ο raturwert des Kunstharzes b) erhitzt wird.
Das Kunststoffmaterial bläht sich innerhalb eines vorbekannten Blähternperaturbereiches unter innerer
Dnjckentwicklung zu wesentlich voluminöseren, formelastischen Schaumstoffkörpern auf. Das Duroplastharz
beginnt innerhalb des genannten Blähtemperaturbereiches zu gelieren und härtet bei höheren Temperaturwerten
vollständig aus.
An sich ist es bekannt, biähbares Polystyrol-Granulat
zur Herstellung von vorfabrizierten Bauelementen, vor allem von wärmeisolierenden und spezifisch leichten
Formkörpern, zu verwenden.
So ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoff-Formkörpers
bekannt (FR-PS 15 57 179), der zum überwiegenden Teil aus geblähtem Polystyrolschaum
besteht, dessen Komelemente miteinander durch relativ dünne Zwischenschichten, bestehend aus einem erhärteten
Kunstharz und darin eingebettetem Mineralpulver (Asbesimehl), verbunden sind. Das Endprodukt ist etwas
fester und etwas weniger gut brennbar als ein reiner Polystyrolschaumstoffkörper, hat aber ein wesentlich
kleineres Raumgewicht als irgend ein Betonpreßling, in welchen der überwiegende Gewichts- und Raumanteil
durch ein dichtes, monolythisch verbundenes Sand/ Kies-Gefüge mit entsprechend wesentlich höheren
Festigkeitseigenschaften als Schaumstoffmaterial gebildet wird.
Gegenüber dieser bekannten Verwendungsart von blähbarem Polystyrol unterscheidet sich die erfindungsgemäß
vorgesehene Anwendung von solchem Material grundsätzlich dadurch, daß zunächst ein ungeblähtes
Polystyrol verwendet wird und nach Durchführung des Verfahrens nicht die Eigenschaften des geblähten
Polystyrolschaumstoffes wesentlich die Eigenschaften des Endprodukts hinsichtlich mechanischer Festigkeit,
spezifischem Gewicht und Beständigkeit bestimmen, sondern nur durch ihre Druckwirkung während der
Verklebung der Mineralkörner zu Kunstbeton-Bauelementen die notwendige Verdichtungsarbeit verteilt im
Forminhalt von innen leisten, ohne im Endprodukt noch so eine Bedeutung zu haben.
In zweckmäßiger Ausbildung des Verfahrens wird ein homogenes Gemisch in eine nach dem Verschließen
noch wasserdampfdurchlässige Form' eingefüllt, das mindestens 85 Gewichtsprozent Mineralkörner, höchstens
5 Gewichtsprozent ungeblähten Polystyrolgries und höchstens 10 Gewichtsprozent eines flüssigen, im
Blähtemperaturbereich des Polystyrols (90 bis 110° C)
gelierenden und bei höheren Temperaturwerten (etwa '.30 bis 150° C) thermisch aushärtbaren Phenol- Formaldelyd-Haizes
des einstufigen Resole-Types enthält, wobei das Harz, bezogen auf die flüssige Harzmenge,
höchstens 20% an flüchtigen Bestandteilen (Alkohol + Wasser) enthält.
Es sind aber außer Phenol-Formaldelyd-Harzen auch andere Harze, verwendbar. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren blähen sich nach Erwärmung des Forminhaltes auf den Blähtemperaturbereich die in der Mineralkörnernutsse
gleichmäßig verteilten Körnchen des
blähfähigen Kunststoffmaterials ζ. Β. Polystyrolgries,
unter Druckentwicklung zu wesentlich voluminöseren und formelastischen Schaumstoffkörnern auf. Diese
örtlich voneinander nur um kleine Distanzen von etwa 1 bis 3 mm entfernten blähfähigen Partikeln vermögen
beim Aufblähen die benachbarten Mineralkörner örtlich zu verdichten und flächig aneinander anzupressen,
wobei das noch weiche Kunstharz die zusammenhängenden kleinen Spalträume zwischen aneinander
angepreßten Mineraikömem einerseits und den sich bildenden, etwas größeren Lunkerräume im Korngefüge
ausfüllenden Schaumstoffkörnern anderseits vollständig auszufüllen vermag. Gleichzeitig wird unter
Wirkung des so erzeugten inneren Blähdruckes der Forminhalt sowie ein Teil des Harzes überall von innen
her an die Wände des Formhohlraumes angepreßt, wodurch gesichert wird, daß der Forminhalt genau die
Masse und die Form des Formhohlraumes annimmt.
Da voraussetzungsgemäß das Harz noch innerhalb des Blähtemperaturbereiches zu gelieren bzw. sich zu
verfestigen beginnt, und erst mit der Zeit und/oder bei
allmählicher Temperaturerhöhung zu fortwährend höherer Festigkeit aushärtet, schadet es nicht, wenn
gegebenfalls bei wesentlich höherer Endtemperatur zur optimalen Harzaushärtung die vorher örtlich aufgeblähten
Schaumstoffkörner thermisch zerstört werden und damit ihre vorher wichtige örtliche Stützfunktion nicht
mehr erfüllen, weil bis dahin die monolythisch zusammenhängende Kunstharzklebeschichten schon
eine ausreichende Festigkeit erreicht haben, um eine Selbstlockerung des Korngefüges in der geschlossenen
Form zu verhindern. Nach vollständiger Aushärtung des Kunstharzes haben die Schaumstoffkörner sowieso
keine stützende Funktion mehr zu erfüllen. Sie sind aber auch nicht schädlich, sofern der Mineralkorn-Kunstharzmischung
nicht übermäßig hohe Gewichtsanteile des blähfähigen Kunststoffmaterials beigemischt werden,
z. B. mehr als etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Die nach allfälliger thermischer Zerstörung der geblähten
Schaumstoffkörner im Korngefüge übrig bleibenden Hohlräume sind miteinander nicht durch Kapillarräume
verbunden, so daß das fertige Bauelement kein Wasser aufsaugt. Eine Zusammenpressung des Forminhalts
nach Verschließung der gefüllten Form durch äußere Druckeinwirkung während der Harzaushärtung ist beim
erfindungsgemäßen Verfahren nicht nötig. Zum gleichmäßigen Füllen des Formhohlraums mit dem Mischgut
können bekannte Stampfmaschinen gute Dienste leisten. Nach dem druckfesten Verschließen können die
gefüllten Formen in einem Ofen sich selbst überlassen werden. Wichtig sind dabei allerdings Mittel zur
Erzwingung einer zeitlich programmierten Erwärmung der Forminhalte, beispielsweise um geschichtete Kunstbeton-Bauplatten
herzustellen können, in die Preßform Mineralkorn-Gemische mit verschieden hohem Gehalt
an blähbarem Granulat und/oder verschiedenem Korngrößen-Spektrum
schichtweise eingefüllt und in einem Arbeitsgang unter Innendruckentwicklung thermisch
ausgehärtet werden. So kann z. B. zur Herstellung einer
8 cm dicken Platte eine erste Schicht, Feinsandschicht mit einem Harzgehalt von 8 Gewichtsprozent und 2
Gewichtsprozent Polystyrolgehalt in einer Dicke von 1 bis 1,5 cm,darüber eine Sand-Kies-Schicht, beispielsweise
Blähtonkörner enthallend, mit einem Harzgehalt von nur 5 bis 6% und einem Polystyrolgehalt im 4
Gewichtsprozent in einer Dicke von 5 bis 6 cm und darüber noch einmal eine Schicht der erstgenannten Art
eingebracht werden. Die fertige Platte wird feinstrukturierte Außenflächen und eine gröber strukturierte
ίο Kernschicht aufweisen. Durch Zumischung von Mineralischen
Fasern, z. B. Asbestfasern oder Glasfasern zu einem Gewichtsanteil von mindestens 2 bis 5% der
Totalmischung kann die Zugfestigkeit des Endprodukts, gegebenenfalls auch unter Harzeinsparung, beträchtlich
gesteigert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in beispielsmäßiger Ausführung in der Zeichnung veranschaulicht.
Es zeigt
F i g. 1 eine offene Preßform beim Füllen des Formhohlraurnes, mit einem Gemisch von Kies, Sand,
thermisch blähfähigen Polystyrol-Grieskörnern und flüssigen thermisch gelierbarem und aushärtbarem
Bindemittel, z. B. Polyurethan- oder Phenol-Harz.
Fig.2 eine gegen Innendruck widerstandsfähig verschlossene Preßform mit einer dichten Struktur,
bewirkt durch die im Rahmen des Möglichen thermisch bewirkte Aufblähung der Polystyrol-Grieskörner zu
formelastisch nachgiebigen unregelmäßig geformten Schaumstoffkörnern.
In beiden Figuren sind die Wandungen eines Plattenpreßformhohlraumes 1, welcher z. B. Dimensionen
von 50 χ 50 χ 6 cm haben kann, mit 10 bezeichnet. Gemäß F i g. 1 steht die Preßform 1 auf einer
Vibratorplattform 2, um einigermaßen gleichmäßig und
dicht bis zur Ebene Emit einem Gemenge 3 von Kies
Sand, blähfähigen Polystyrol-Grieskörnern und flüssigem
aushärtbarem Kunstharz, z. B. Phenolharz, gefülli zu werden.
Die Kies- und Sandkörner des Gemenges 3 sind, ir einem maßstäblich vergrößerten Ausschnitt vor
Fig. 1, als leere Ringe dargestellt und mit 31 bezeichnet, während die darin vereinzelt enthaltenen
blähfähigen, dunkel schraffierten Polystyrolkörner mii 32 bezeichnet sind. Zur besseren Übersicht ist die
Kunstharzflüssigkeit nicht schraffiert.
Nach der Fig.2 ist die gefüllte Form durch einer
aufgeschraubten Deckel 11 verschlossen und zui Erhitzung des Formhohlraumes auf vorerst etwa 100 bv.
120° in einen Ofen oder zwischen Heizplatten Hl, Hl verbracht worden. Dabei quellen die Polystyrolkörnei
32' unter Druck auf und verdichten in ihrer Umgebunj das Kies-Sand-Kunstharz-Gemenge 3'. Nach eingetre
tener Gelierung und Erhärtung des Kunstharzes kam der Forminhalt zur Fertigaushärtung noch höher ζ. Β
auf 150° C erhitzt werden.
Gemäß Fig.2 enthält wenigstens der Formdecke
11 Löcher 110, welche bei geschlossener Form da Entweichen von Wasserdampf aus dem Formhohlraun
erleichtern.
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen von formstabilen und tragfähigen Kunstbeton-Bauelementen durch Verkleben
eines Gemenges von harten Mineralkörnern mit beigemischtem, termisch aushärtbarem Kunstharz
unter Druck- und Wärmeeinwirkung in einer druckfesten Form bis zur Bildung einer monolytischen,
ausgehärteten Korngefügestruktur, dadurch gekennzeichnet, daß einer losen
Masse von mindestens 85 Gewichtsprozent Mineralkörnern
a) höchstens 5 Gewichtsprozent eines feinkörnigen Granulats aufblähbaren Kunststoffmaterials,
b) sowie höchstens 10 Gewichtsprozent eines ungehärteten Phenol-Formhaldehyd-Harzes
vom Resol-Typ, wobei das Harz, bezogen auf die flüssige Harzmenge höchstens 20 Gewichtsprozent
an flüchtigen Bestandteilen enthält, bis zur homogenen Komponentenverteilung beigemischt
werden, die Totalmischung in einen Formhohlraum gefüllt und der Forminhalt nach druckfester Verschließung der Form
c) zuerst auf den Blähtemperaturbereich des Granulats a)
d) und anschließend auf den höheren Aushärtetemperaturwert des Kunstharzes b) erhitzt
wird.
2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Form verschiedene
Schichten von Mineralkorngemischen mit unterschiedlich hohem Gehalt an blähbarem Granulat
und/oder Harz und/oder verschiedenem Korngrößen-Strektrum eingefüllt werden und in einem
Arbeitsgang unter Innendruck-Entwicklung thermisch ausgehärtet und mit einander einstückig
verbunden werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Gemischen
zusätzlich Fasern in homogener und disperser Verteilung von mehr als 2 Gewichtsprozent
zugegebc ii werden
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