DE2552460A1

DE2552460A1 - Verbundbauelement und ein verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2552460A1
Application number: DE19752552460
Authority: DE
Inventors: Matthew R Piazza
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-09
Filing date: 1975-11-22
Publication date: 1976-06-16
Also published as: MX3029E; IE42358L; GB1547369A; JPS5185227A; GB1547370A; NL7514263A; FR2294291A1; IE42358B1

Description

Verbundbauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauelement, das bezüglich seines äußeren Aussehens und seiner Verwendung monolithischen Gußbetonbausteinen ähnelt, letzteren gegenüber aber eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der isöiierSigenschaften und der Gewichtsverminderung bietet. Ögrtaüer gesagt, betrifft die Erfindung ein Verbu.-rdbaueieäe&t mit einem Hart schaumkern, etwa aus eines, ürethanföl^mer-HartsöhauÄ, der von einem Mantel bzw. einer Schale aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Fasern, tfie Glasfasern, umschlossen bzw. darin eingekapselt ist und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Iiifölge der gestiegenen Material- und Arbeitskosten ist äie Bauindustrie auf die Verwendung von vorgefertigten läueiüheiten öder -elementen, z.B. als Wandplatten, iJeOfcenpaneelen und dergleichen, übergegangen. Eine beliebte Form einer solchen Konstruktion ist als "Füllmauer-" Konstruktion bekannt, bei der ein tragendes Stahlgerüst verwendet wird, das mit aufeinandergesetzten, vorgefertigten oder vorgegossenen Platten verkleidet wird. Derartige Füllmauerplatten werden üblicherweise aus armiert§a Beton gegossen und mit einer Oberflächenveredelung versehen, z.B. mit einer geglätteten Betonoberfläche Oder in Form von in die Plattenoberfläche eingebetteten Aggregat- oder Füllstoffteilchen. Diese Platten sind aber e±trem schwer; beispielsweise wiegt eine aus ar-

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miertem Gußbeton hergestellte 4 χ 8-Füllmauer (1,2 χ 2,4 m) etwa 635 - 726 kg, so daß für ihren Einbau Schwerbaugerät nötig ist. Zudem besitzen diese Platten sehr schlechte Isoliereigenschaften, und sie stellen für sich eine schlechte Dampf- oder Feuchtigkeitssperre dar. Dieser Umstand erfordert weitere Baumaßnahmen zum Isolieren und Abdichten der aus vorgegossenen Betonbauelementen aufgesetzten Füllmauer.

In der Bauindustrie wurden seit langem verbesserte Bädelemente angestrebt, die Vorteile bezüglich der Materiäl- und Baukosten bieten. Ein in der IJS-PS 3 295 278 beschriebenes Laminat- oder Schichtbauelement besteht beispielsweise 1* aus einer vorgeformten Kunstschaumstoffschicht, 2. einer oder mehreren Deckschichten aus einem ausgehärteten wässrigen Bindemittel, welches der Konstruktion, bei der das Bauelement verwendet wird, die erförderliche Festigkeit verleiht, und 3. mechanischen Mitteln zur Verbindung der Schaumdeckschichten zu einem einheitliehen Element. Die Wärmeisolierung wird dabei durch die Kunstschaumschieht gewährleistet, währenddie erforderliche strukturelle Festigkeit durch die Deckschicht(en) geboten wird*

Bei einer Ausführungsform ist eine vorgeformte Kunstschaumschicht zwischen zwei Betonlagen eingefügt, die durch in der Schaumstoffschicht vorgesehene Öffnungen hindurch mittels einer Vielzahl von Betondübeln miteinander verbunden sind, wodurch die verschiedenen Schichten mechanisch miteinander verbunden sind. Bei einer anderen Aus-609825/095 6

führungsform ist eine Deckschicht aus einem ausgehärteten Zement mit einer Armierung aus "Holzfaser" mechanisch durch eine Vielzahl von "Mikrodübeln" verblockt, die durch das Bindemittel in Oberflächenspalten oder -rissen der vorgeformten Kunstschaumschicht gebildet sind. Die sog. "Holzfasern", welche die Mikrodübel bilden, besitzen eine Länge von 35 - 50 cm.

Ein anderer Vorschlag für eine laminierte Isolierplatte findet sich in der GB-PS 1 030 333. Dabei ist eine vorgeformte Isolierschicht oder -lage vorgesehen, die an einer Seite oder an beiden Seiten mit mindestens zwei Zementschichten belegt ist, zwischen welche eine Glasfasergewebelage eingeführt ist. Die Isolier- oder Kernschicht, die eine statische Belastung aufzunehmen vermag, besteht aus einem Gemisch aus Portlandzement, einer wässrigen Kunststoffdispersion, Sand und einem kleineren Anteil an Schaumstoffabfall, der beim Sägen der Schaumstoffteile entsteht. Die Deckschichten bestehen dabei aus einem ähnlichen Gemisch, aber ohne Sand und unter Verwendung größerer Anteile von Schaumstoffabfällen.

Ein bei der Herstellung von laminierten Platten oder Tafeln unter Verwendung eines vorgeformten Kunstschaumkerns (z.B. aus Polystyrolschaum) auftretendes echtes Problem besteht im Fehlen einer Klebverbindung zwischen dem Kern und der Deckschicht. Gemäß der genannten US-PS soll dieses Problem durch Anordnung einer mechanischen

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Verblockung unter Verwendung von Dübeln oder Mikrodübeln unter Bildung eines einheitlichen, d.h.einstückig zusammenhaltenden Elements gelöst werden. Außerdem schlägt diese ÜS-PS eine gesonderte Bindemittelschicht zur Verbesserung der Adhäsion vor. Bei .der genannten GB-PS enthalten die Deckschichten ein Bindemittel, das eine Verbindung mit dem Isolierkern herstellt. Dies wird durch die Verwendung von gleichartigen Werkstoffen sowohl für den Kern als auch für die Deckschichten ermöglicht.

Mit der Erfindung wird dagegen ein monolithisches Bauelement geschaffen, das im Vergleich z.B. zu den Gußbetonplatten ein äußerst niedriges Gewicht besitzt und für sich erheblich verbesserte Isolier- und Dampfsperreneigenschaften bietet. Da bei der Erfindung ein in situ bzw. an Ort und Stelle aufgeschäumter Kern verwendet wird, bildet sich zwischen Kern und Schale oder Hantel eine Klebverblockung, die fester ist als jedes Material für sich. Die stattfindende chemische Aufschäumreaktion in Verbindung mit dem Umstand, daß das Aufschäumen in einer geschlossenen Schale unter Einschluß stattfindet, resultiert in einer allseitig innigen adhäsiven bzw. Klebverblockung und in einer vorgespannten Konstruktion, bei welcher der Mantel bzw. die Schale unter Spannung und der Kern unter Druck steht. Dies bedeutet, daß Schale und Kern dabei zu einem monoliöiartigen Gebilde vereinigt sind, das - aufgrund der allseitigen Klebverblockung - eine wesentlich größere Festigkeit

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besitzt als die bisher verwendeten Laminatplatten unter Verwendung von vorgeformten Kunstschaumkernen und welches gleichzeitig ein sehr niedriges Gewicht besitzt und ausgezeichnete Isolier- und Dampfsperreneigenschaften bietet.

Das erfindungsgemäße monolithische Verbundbauelement besteht aus einem Kern aus Hartschaum, vorzugsweise einem Urethanpolyiaer- bzw. Polyurethan-Hart schaumkern, der vollständig von einem geschlossenen Mantel - er einer Schale aus faserarmiertem Zement umschlossen ist, wobei die Schale etwa 1-40 Vol-% und vorzugsweise 2-15 Vol-% Fasern, vorzugsweise Glasfasern, mit einer Länge von etwa 3,2 - 25,4 mm, vorzugsweise von etwa 9,5 - 25,4 mm enthält, die praktisch gleichmäßig in wahlloser Verteilung im wesentlichen durch das Gesamtvolumen der Schale hindurch verteilt sind. Der Kern wird dabei mittels der in situ-Aufschäumreaktion innerhalb der geschlossenen Schale durch die chemische Reaktion der Komponenten einer aufschäumbaren Polymerzusammensetzung gebildet, die in situ unter Druck aufgeschäumt wird und dabei einen eingeschlossenen Hartschaumkern bildet, der aufgrund der in situ-Reaktion über seine gesamte Oberfläche hinweg über die gesamte Innenfläche der Schale in inniger adhäsiver Verbindung oder Verblockung mit dieser steht. Die unter Druck erfolgende in situ-Aufschäumreaktion führt zu einem Bauelement mit einem unter Druck stehenden harten Kern und einer unter Zugspannung stehenden, den Kern umschließenden Schale.

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Die Außenfläche der Schale kann eine beliebige Oberflächenbehandlung oder -Verschönerung, z.B. in Form von in eine oder mehrere Flächen der Schale eingebetteten Zuschlagsstoff teilchen, wie Bruchstein oder -marmor, aufweisen, und das Bauelement kann auf die gleiche Weise verwendet werden wie Gußbetonbauelemente, wobei jedoch die Notwendigkeit für den Einsatz von Schwergerät sowie die weiteren Schritte, um der Konstruktion Isolier- und Dampfdichtigkeitseigenschaften zu verleihen, entfallen.

In spezieller Ausführungsform können die erfindungsgemäßen Verbundbaublöcke oder -elemente in der Weise hergestellt werden, daß zunächst eine offen gestützte Schale aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Fasern, vorzugsweise Glasfasern, hergestellt wird, daß sodann ein aufschäumbares Polymeres, vorzugsweise ein Urethan-Hartschaumpolymeres, in die offene Schale eingefüllt wird, die Schale mit einem Deckelteil aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Fasern verschlossen wird, bevor das Polymere aufzuschäumen beginnt oder bevor es die offene Schale ausfüllt, und danach die Schale und der Deckelteil unterstützt und festgehalten werden, während der Polymerschaum das Innere der geschlossenen Schale ausfüllt.

Da die Schale oder der Mantel geschlossen ist, findet das Aufschäumen im Inneren unter Druck statt, was zusammen mit der chemischen Aufschäumreaktion zur Bildung

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einer adhäsiven Verblockung zwischen dem Kern und der Schale sowie zur Bildung einer vorgespannten Struktur beiträgt. Das in situ-Aufschäumen innerhalb der geschlossenen Schale erfordert eine Ein- oder Verspannung während des Aufschäumvorganges, bei dem es sich um einen dynamischen Expansionsvorgang handelt. Die Expansionskraft läßt dabei den Schaum in die Poren der armierten Zementschale eindringen. Dieser Zustand wird vorliegend als "adhäsive Verblockung" bezeichnet, was als das an der Grenzfläche auftretende Eindringen des Hartschaumkerns in das Schaleninnere zu verstehen ist, wodurch die beiden Komponenten aufgrund einer Kombination mechanischer, chemischer und adhäsiver Kräfte zu einer monolithartigen Einheit vereinigt werden.

In anderer Ausführungsform wird ein Hart schaumkern, vorzugsweise ein Urethanpolymer-Hartschaumkern, in einen Mantel oder eine Schale aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement, vorzugsweise auch mit teilchenförmigen inerten Füllstoffen, wie Sand, und Fasern, vorzugsweise Glasfasern, eingeschlossen, wobei die Schale in situ um den Kern herum ausgebildet wird, so daß das Gemisch aus Zement und Fasern in die Oberfläche des Kerns eindringt und sich mit ihr unter Gewährleistung einer zwangsläufigen Verblockung zwischen Kern und Schale verbindet. Die Schale enthält dabei etwa 5-50 Vol.-% Armierungsfasern mit der oben angegebenen Länge, die in willkürlicher Verteilung praktisch gleichmäßig durch im wesentlichen das Gesamtvolumen der Schale hindurch verteilt sind.

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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein typisches Verbundbauelement gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene perspektivische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Verbundbauelements in Form einer Schnellstraßenschranke oder -leitplanke mit beschwertem Sockel,

Fig. 3 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines teilweise fertiggestellten Gebäudes zur Veranschaulxchung verschiedener Arten, auf welche das erfindungsgemäße Bauelement für die Herstellung eines Gebäudes eingesetzt werden kann, und

Fig. 4- ein Verfahrensschema zur Verdeutlichung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bevorzugte aushärtbare Gemische zur Durchführung der Erfindung sind Gemische aus Zement, inertem Teilchen-Füllstoff und Glasfasern, die 5-50 Vol.-% oder mehr an Glasfasermaterial enthalten. Erfindungsgemäß können Gemische aus Zement und Fasern mit einer Länge von etwa 3,2 - 25,4 mm oder mehr verwendet werden. Neben Glasfasern sind geeignete Fasern auch organische und anorganische Kunstfasern, wie Dacron, Nylon, Graphit und dergleichen. Zweckmäßige inerte, teilchenförmige Füllstoffe sind z.B. Sand, Bimsstein, Steinstaub und dergl.,

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und diese Füllstoffe können in Mengenanteilen von etwa 10-30 Vol.-% eingesetzt werden.

Das Zement-Faser-Gemisch, kann herkömmliche Zuschlagstoffe, wie Kalk und Schiefer (strates) zur Gewährleistung von Wasserdichtigkeit und Latex zur Erzielung zusätzlicher Festigkeit, enthalten.

Geeignete Hartschaumstoffe sind anorganische und organische Schaumstoffe, Bevorzugt werden Schaumstoffe, die in situ gebildet werden können, z.B. Polymer-Hartschaumstoffe. Urethan-Hartschaumstoffe werden besonders bevorzugt; diese Materialien sind bekannt und werden verbreitet speziell für Isolierungszwecke eingesetzt. Derartige Schaumstoffe werden üblicherweise am Bauplatz hergestellt, indem die Reaktionsteilnehmer (ein Polyol und ein Isocyanat) unter Anwendung des luftlosen Spritzoder des Flüssigauftragverfahrens miteinander vereinigt werden. Die Schaumbildung erfolgt dabei nahezu augenblicklich, und sie ist je nach der Art der verwendeten Urethanzusammensetzung innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne abgeschlossen. Die Dichte der Urethan-Hartschaumstoffe hängt ebenfalls von der Art der verwendeten Urethanzusammensetzung ab, doch liegt sie im allgemeinen zwischen etwa 0,011 und 0,072 g/cm* und noch häufiger bei etwa 0,0145 - 0,036 g/cm . Infolge des leichten, geschlossenen Zellgefüges besitzen Urethanhartschäume außerdem strukturelle Festigkeit. Andere brauchbare Hart-

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schäume sind Polyester-, Phenolharz, Isocyanuratschaumstoffe und dergl.

Erfindungsgemäß wird ein aushärtbares Gemisch aus Zement und Fasern mit Hartschaumstoff kombiniert, wodurch ein überraschend festes und selbsttragendes Bauelement
geringen Gewichts erhalten wird, das ausgezeichnete
Wärme- und Dampf- oder Feuchtigkeitsisoliereigenschaften besitzt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung in
Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform in
Form eines Kerns aus Urethanpolymer-Hartschaumstoff
und einer Schale aus Zement und Glasfaser beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein typisches Bauelement im Schnitt, wobei seine Komponenten jedoch zur besseren Veranschaulichung in übertriebenen Proportionen dargestellt sind. Das erfindungsgemäße Bauelement weist einen Kern 14 aus einem Urethanpolymer-Hartschaum(stoff)auf, der in einer Schale 12 aus einem ausgehärteten oder abgebundenen Gemisch aus Zement und Glasfaser eingeschlossen bzw. eingekapselt ist. Das fertige, monolithartige Bauelement ist dabei
allgemein mit 10 bezeichnet. Fig. 2 zeigt einen speziellen Anwendungsfall, bei dem das Bauelement die Form einer Schnellstraßenschranke oder -leitplanke mit einem vorzugsweise beschwerten Betonsockel 16 besitzt.

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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt im Einschluß des Hartschaumkerns 14 durch die Außenschale und in der Bildung einer innigen adhäsiven Bindung oder Verblockung 11 zwischen dem Kern 14 und der Schale 12, vorzugsweise über die Gesamtfläche des Kerns 14 hinweg; je nach der Fertigungsweise des Bauelements kann diese innige adhäsive Bindung jedoch auch über den Hauptteil der Grenzfläche zwischen Keun 14 und Schale 12 hinweg ausgebildet werden. Da der Hartschaumkern 14 in situ bzw. an Ort und Stelle geformt wird, tritt das aufschäumende Urethanpolymere unter Ausfüllung in alle Oberflächenunregelmäßigkeiten, wie Poren und aus der Oberfläche herausstehende Glasfasern, ein, um dabei eine innige, vorzugsweise über die Gesamtfläche reichende, starre adhäsive Grenzflächenverblockung zwischen dem Hartschaumkern 14 und der Schale 12 zu bilden.

Je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Bauelements kann die Schale 12 eine Dicke im Bereich von etwa 3»2 - 25,4 mm oder mehr besitzen. Die Dicke kann aber in Abhängigkeit vom jeweiligen, vorgesehenen Verwendungszweck auch über oder unter diesem Bereich liegen. Im Fall von Füllmauerplatten besitzt die Schale 12 vorzugsweise eine Dicke von etwa 6,$5 9,5 mm. Ebenso kann der Hartschaumkern 14 eine Dicke im Bereich von etwa 25,4 - 254 mm besitzen, wobei diese Dicke je nach dem betreffenden Gebilde und dem vorgesehenen Verwendungszweck auch größer oder kleiner sein

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kann. Die Bauelemente selbst können mit praktisch jeder beliebigen Größe zwischen sehr kleinen Bauelementen bis zu vergleichsweise großen Füllmauerplatten oder Dachbzw. Deckenpaneelen hergestellt werden.

Fig. 3 veranschaulicht lediglich einige Möglichkeiten für die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauelements. Da die erfindungsgemäßen Bauelemente bezüglich Aussehen und Verwendung monolithischen Bauelementen entsprechen, dabei aber selbstisolierend sind, können sie auf die gleiche Weise und unter Anwendung der gleichen Bau- und Installationstechniken wie bei monolithischen Betonbausteinen eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verbundbauelement 10 kann somit gemäß Fig. 3 als Wandplatte oder als Deckenpaneel benutzt werden. Die Wandplatten können dabei, wie im Fall der Platten 18 und 22, mit Fensteröffnungen oder, wie im Fall der Platte 20, mit Türöffnungen versehen sein. Unter anderem können diese Bauelemente auch als Innentrenn- oder -zwischenwandplatten 24 eingesetzt werden. Aufgrund des niedrigen Gewichts dieser Bauelemente lassen sich große Einsparungen bezüglich der lastaufnehmenden Konstruktion-von Gebäuden realisieren. Bei einem mehrstöckigen, mit Füllmauern ausgestatteten Gebäude wird beispielsweise wesentlich weniger Baustahl für die Unterstützung der Außenplatten benötigt als bei Verwendung von Gußbetonplatten.

Die Außenflächen des Verbundbauelements 10 können eine beliebige Oberflächenbehandlung bzw. ein beliebiges

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Gefüge oder Muster aufweisen, das ihnen mittels der Oberflächengestaltung der Formflächen oder dadurch verliehen werden kann, daß Zuschlagstoffe, wie Kies, Bruchstein, Marmorsplitt und dergl. in eine oder mehrere Flächen der Schale 12 eingebettet oder mit diesen Flächen verklebt werden. Ebenso ist es möglich, Zuschlagstoffe der vorgenannten Art vor der Formung der Schale 12 dem Gemisch aus Zement und Glasfasern einzuverleiben, um die Festigkeit zu erhöhen und außerdem das gewünschte Oberflächengefüge oder -aussehen zu erzielen.

Das beispiellöfeise in Fig. 1 gezeigte %>bundbauelement kann dadurch hergestellt werden, daß zunächst eine offen gestützte Schale 12 mit Boden und Seitenwänden und einer offenen Oberseite geformt wird. Zu diesem Zweck kann eine Holzform hergestellt werden, welche eine Stirnseite sowie Seiten- und Endwände einer etwa 1,2 χ 2,4 m großen Platte festlegt, worauf ein verstreichbares Gemisch aus Zement und 35 - 45 Vol.-% Glasfasern von Hand auf die Innenflächen der Holzform aufgetragen wird, um die Schale 12 mit der gewünschten Dicke von z.B. etwa 3,2 - 12,7 nun oder mehr zu fertigen. Hierauf kann der Kern 14 in situ bzw. in der Schale nach einem luftlosen Spritzverfahren ausgebildet werden, bis der Schaum zur Oberkante der offenen Schale hochgestiegen ist. Anschließend kann der Schaumstoff zurechtgeschnitten werden, und die restliche Fläche der Platte 12* kann von Hand unter Verwendung der gleichen verstreichbaren Zement/-Glasfasermasse aufgebracht werden. Durch die auf

diese Weise erfolgende Fertigung der Bauelemente wird 60982 b /0 9 56

eine innige adhäsive Bindung oder Verblockung der vorher beschriebenen Art an den End- und Seitenwänden sowie der einen Stirnseite der Schale gewährleistet. Da sich der Schaum bereits gebildet hat, wenn die abschließende Fläche der Schale 12 aufgebracht wird, ist die adhäsive Bindung an dieser Fläche nicht so fest wie die durch das in situ-Aufschäumen des Hartschaums bewirkte innige adhäsive Grenzflächenbindung.

Vorzugsweise wird eine fließfähige, aufschäumbare Urethanpolymer-Hartschaummasse in die offene Schale 12 eingefüllt, worauf die Schale mit einem Deckelglied oder einer Platte 12' abgedeckt bzw. verschlossen wird, die ebenfalls aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Glasfasern mit der gewünschten Dicke besteht. Das Deckelglied 12' wird aufgesetzt, bevor das Polymere aufzuschäumen beginnt oder der Schaum die Schale füllt, wobei das Deckelglied angepreßt und festgelegt wird, während sich die Polymermasse im vollständig geschlossenen Innenraum der Schale 12 aufschäumt und diese ausfüllt, so daß zwischen dem Hartschaumkern 14 und den Innenflächen von Schale 12 und Deckel 12' eine allseitige, starre Grenzflächenverblockung gebildet wird. Bekanntlich übt eine fließfähige oder flüssige Urethanpolymenaasse beim Aufschäumen in einem geschlossenen Baum, wie der Schale, einen nach außen wirkenden Druck aus, der,erfindungsgemäß vorteilhaft zur Gewährleistung und Begünstigung einer allseitigen, innigen Grenzflächenverblockung zwischen der gesamten Außenfläche des

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Hartschaumkerns 14 und der gesamten Innenfläche der aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Glasfasern bestehende Schale ausgenützt werden kann, um eine stabile strukturelle bzw. lastaufnehmende Vorspannung durch das gesamte Bauelement hindurch zu erzielen.

Nachstehend ist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemaßen Verbundbauelemente anhand von Fig. 4 beschrieben. An einer ersten Station wird in Metall- oder Glasfaser/-Polyesterform, vorzugsweise mit zur Erleichterung des Ausformens des Produkts abklappbaren Endwänden und in Form von Ober- und Unterteilen, ein vorzugsweise 35 - 40 Vol.-% Glasfasern enthaltendes Gemisch aus Zement und Glasfasermaterial eingefüllt. Dieses Gemischkann trocken vorgemischt und anschließend zur Bildung einer viskosen Masse mit Wasser versetzt werden. Dieses Gemisch kann dann in die Formräume eingespritzt oder von Hand aufgetragen werden.

In bevorzugter Ausführungsform wird mit etwa 49 - 95⁰C und z.B. 82 C warmem Wasser angemachter Naßzement ohne Glasfasermaterial auf die Innenflächen der Formteile aufgetragen oder aufgespritzt, die bereits einen Belag aus von endlosen Rollen abgeschnittenen bzw. gehackten Glasfasern tragen, der auf die Innenflächen der Formteile aufgespritzt oder aufgetragen worden ist. Danach können die Formteile in Sattelbewegung versetzt werden, um die leichteren Glasfasern durch den Naßzement hindurch zu dispergieren und eine gleichmäßige Verteilung

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durch das gesamte Volumen der in den Formteilen befindlichen Zementschicht zu erreichen, Da die Glasfasern leichter sind, steigen sie im Naßzement hoch, wobei die fiüttelbewegung beendet wird, wenn die Verteilung abgeschlossen ist. Anschließend oder gleichzeitig kann das in den Formteilen befindliche Gemisch aus Glasfasermaterial und Zement mit einem Formstück verpreßt werden, um das Zement-Glasfaser-Gemisch im Inneren der Formteile zu verteilen. Gewünschtenfalls kann außerdem zur Wasserentziehung ein Unterdruck an die Formwände angelegt werden.

Beim Häckseln und Aufspritzen der Glasfasern können sie mit einem Überzug versehen werden, indem sie beispielsweise mit einem Polyester in einem mit Wasser vermischbaren Lösungsmittel, wie Alkohol, besprüht werden, um die Fasern alkalibeständig zu machen.

Die Formteile werden sodann zueiner Aushärte- oder Abbindstraße überführt. Bei Verwendung von sog. Heißzement kann auf ein Abbinden im Ofen verzichtet werden. Das Abbinden im Ofen dauert im allgemeinen etwa 6 Stunden, bis die glasfaserarmierten Zement-Ober- und -Unterteile zu einer ausgehärteten Schale geworden sind, während die Abbindzeit im Fall von Heißzement im allgemeinen um 50% kürzer ist.

Als nächstes wird, während der ausgehärtete Unterteil der Schale noch von seinem Formteil unterstützt wird,

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eine fließfähige, aufschäumbare Urethanpolymer-Hartschaummasse in die offene Sehale eingeschüttet, worauf der Oberteil aufgesetzt wird, bevor eine nennenswerte Schaumbildung beginnt. Der Oberteil kann zu diesem Zeitpunkt aus seinem Formteil entnommen oder aber zur Unterstützung in ihm belassen werden. Bei aufgesetztem Oberteil wird die formunterstützte Anordnung dann unter Druck gehalten, während das ürethanpolymere aufschäumt und aushärtet. Dieser Druck kann mittels einer hydraulischen Plattenpresse oder einer anderen Spannvorrichtung ausgeübt werden.

Nachdem der Urethanpolymerschaum ausgehärtet ist und die Schale ausgefüllt und eine allseitige feste, adhäsive Grenzflächenverblockung zwischen dem Hartschaumkern und der Innenfläche der Schale hergestellt hat, wird die Platte aus dem unteren Formteil und dem oberen Formteil, sofern dieser nicht schon vorher entfernt worden ist, herausgenommen.

Fach dem Abnehmen des Formteils oder der Formteile steht die Verbundplatte für die Verwendung oder für die Anbringung einer Oberflächenveredelung bereit. Vorzugsweise wird auf die Oberflächen der Platte nach einem elektrostatischen Beschichtungsverfahren ein Isolieroder Grundiermittel, z.B. ein solches vom Polyestertyp, aufgetragen. Während die Platte selbst praktisch wasserdicht ist, gewährleistet der Auftrag dieses Isolieroder Grundiermittels, daß die Platte ihre Wasserfestig-

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keit beibehält. Gewünschtenfalls kann die Platte zusätzlich zu diesem Isolier- oder Grundiermittelauftrag oder an dessen Stelle lackiert, gebeizt oder mit anderen Überzügen versehen werden, beispielsweise zur Ermöglichung eines leichten Abwischens von Graffiti. Außerdem hat es sich gezeigt, daß ein Isolier- oder Grundiermittel, wenn es in dicker Schicht aufgetragen wird, auch zur Anbringung von Aggregat bzw. Zuschlagstoff aneiner Plattenfläche, um ihr eine Oberflächenveredelung zu verleihen, herangezogen werden kann.

Bauelemente mit vorgeformten Kernen können dadurch hergestellt werden, daß ein Einsatz oder Stanzstück (blank member) mit annähernd der Oberfläche einer Platte und mit kleinerer Umfangsgröße als die Form in den Boden einer Form der gewünschten Konfiguration eingelegt wird. Sodann wird ein Kernelement aus Polyurethanschaum auf diesen Einsatz aufgelegt, wobei dieser Kern ungefähr die gleiche Form oder Größe besitzt wie der Einsatz, d.h. er ist kleiner als der Formraum» Hierauf wird ein feuchtes Gemisch aus Zement und 1 - 40 Vol.-% Glasfasermaterial, vorzugsweise in z.B. 49 - 93 C warmem Zustand, auf die Oberseite und die vier Seitenflächen des Kerns aufgebracht. Nach dem Abbinden wird die Form entfernt,* die halbfertige Platte umgedreht und der Einsatz herausgenommen. Die Oberseite der Platte wird sodann in der Weise gebildet, daß der vom Einsatz eingenommene leere Raum mit dem gleichen feuchten Gemisch gefüllt wird, das dann abbinden kann. Bei der Formung der Oberseite

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der Schale, an welcher sich vorher der Einsatz befand, ist es wesentlich, daß sich das feuchte Zement-Glasfasergemisch von der Oberseite bis über die bereits gebildeten Seiten herab erstreckt. Hierdurch wird eine gute Bindung zwischen dem vorher geformten Schalenteil und der Schalenoberseite gewährleistet, die darauf beruht, daß die Versteifungs- oder Armierungsfunktion der Glasfasern auf diese Weise zum Tragen kommt. Das Herabziehen über die Seitenflächen kann durch Verstreichen bzw. Spachteln erfolgen, wobei sich das Material im allgemeinen etwa 25 - 50 mm oder weiter über die Seitenflächen erstreckt und sich von einer etwa 1/8 bis 1/2 der Schalendicke entsprechenden Dicke auf eine Federkante verjüngt.

Eine bevorzugte Abwandlung des vorstehend beschriebenen Verfahrens besteht darin, eine Schicht ehes feuchten Gemisches aus Zement und 1-40 Vol.-% Glasfasern auf den Boden einer Form aufzutragen, einen Schaumkern mit kleineren Abmessungen als denen des Formraums in diesen einzulegen, das gleiche feuchte Gemisch in die seitlichen Zwischenräume einzubringen und auf die Oberseite aufzutragen und dann die gesamte Anordnung zu rütteln. Vor dem Auftragen der Bodenschicht können Glasfasern allein zuerst in die Form eingebracht (wobei anschliessend nur Naßzement verwendet wird) und dann in die seitlichen Zwischenräume eingefüllt und auf die Oberseite des Eerns aufgelegt werden, bevor der restliche

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Zement eingefüllt wird. Infolge der Rüttelbewegung steigen die leichteren Glasfasern im nassen bzw. feuchten Zement nach oben, so daß sie sich gleichmäßig durch die Schale hindurch verteilen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 kann der Übergang zwischen der offenen Schale 12 und dem Deckelteil 12', wie dargestellt, ungefähr unter einem Winkel von 45° abgeschrägt sein; wahlweise kann Jede beliebige Kombination rechter Winkel, einschließlich einer Einsetzoder einer Überlappungskonfiguration, angewandt werden. An der Stelle, an welcher die beiden Teile 12 und 12' gemäß Fig. 1 zusammengefügt werden, können die einander angepaßten Kanten einen kleinen Spalt festlegen, damit das aufschäumbare Polymere während des Aufschäumvorganges in diesen Spalt eintreten kann.

Selbstverständlich sind zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Verbundbauelemente möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann der Hartschaumkern 14 unter Verwendung von Gewebe- oder Gespinst-Sieb- bzw. Gittermaterial undvon Geflechtlagen aus Kunstfasern oder Metallen armiert werden, und gewünschtenfalls können Vorspanhtechniken angewandt werden. Wie erwähnt, können eine oder mehrere Außenflächen der Schale 12 mit einer beliebig gewünschten Oberflächenveredelung oder einem gewünschten Gefüge oder Muster versehen werden, oder es können anorganische Zuschlagstoffe, wie Kies, Bruch-

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stein, Marmorbruch oder -splitt und dergl., in diese Oberflächen eingebettet werden. Bezüglich der Oberflächentextur bzw. -strukturierung kann gesagt werden, daß sich die Außenfläche der Schale 12 an die Oberfläche des Formraums anpaßt, so daß hierdurch gewünschte Wirkungen, etwa ein Holzmaserungseffekt und dergl. erzielt werden können. Die Schale 12 kann auch mit eingegossenen Montage- oder Bauklammern und/oder -nuten ausgebildet- werden.

Wie erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verbundbauelement auf die gleiche Weise verwendet und eingebaut werden wie herkömmliche Bauelemente, beispielsweise Füllmauerplatten oder -tafeln, jedoch mit erheblicher Gewichtsreduzierung und somit vereinfachten Einbaumaßnahmen. Aufgrund der wesentlich verbesserten Wärme- und Wasserdampf- bzw. Feuchtigkeitsisolierungseigenschaften der erfindungsgemäßen Bauelemente brauchen keine weiteren Maßnahmen getroffen zu werden, um eine entsprechende Isolierung zu gewährleisten, wie dies bei den bisher angewandten Bauelementen erforderlich ist.

Bei Deckenpaneel- oder i^llmauerinstallationen kann ein bei Raumtemperatur aushärtendes Elastomeres, z.B. ein Silikonelastomeres, für die Stoßkantenverbindung zwischen benachbarten Bauelementen verwendet werden, und die Gesamtanordnung kann mit einem Überzug aus einem geeigneten Elastomeren versehen werden. Hier-

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durch wird eine stoßsichere Konstruktion gewährleistet, die auch später auftretende Bewegungen oder Verschiebungen aufzunehmen vermag, wie sie beispielsweise beim Setzen eines Gebäudes nach der Errichtung auftreten.

Ba die erfindungsgemäßen Verbundbauelemente im Vergleich zu den herkömmlichen monolithischen Gußbetonbauelementen außerordentlich leicht sind, sind weniger tragende Elemente erforderlich, um z.B. eine aus den erfindungsgemäßen Bauplatten hergestellte Füllmauer oder eine gleichartige Dach- oder Zimmerdecke zu tragen. Beispielsweise wiegt ein etwa 1,2 χ 2,4 m großes Gußbetonbauelement etwa 635 - 726 kg, während ein vergleichbares Bauelement gemäß der Erfindung Je nach der Dicke der Schale 12 ein Gewicht von nur etwa 4-5,4 - 68,0 kg besitzt. Hierdurch lassen sich große Einsparungen nicht nur bezüglich des Arbeitsaufwands beim Einbau, sondern auch in Bezug auf die Festigkeitsanforderungen des tragenden Aufbaus erzielen.

Zusätzlich zu den Formen gemäß den Fig. 2 und 3 kann das erfindungsgemäße Bauelement auch in Form von isolierten Rohren und Rohrleitungen, Eisenbahnschwellen, vorgefertigten oder Modulwänden und sogar von lastaufnehmenden Bauelementplatten hergestellt werden, die Leitungen für Versorgungseinrichtungen, Fensterrahmen, Türrahmen und dergl. enthalten können. Außerdem ist'"; darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Verbundbauplatte infolge der Einbeziehung des Hartschaumkerns

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schwimmfähig ist; diese Eigenschaft kann vorteilhaft für den Bau von Schwimmdocks und Werftanlagen sowie von Küstenbohrplattformen oder -inseln ausgenutzt werden.

Es ist bekannt, daß ein etwa 3*2 mm oder 6,35 nun dicker Überzug aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Glasfasermaterial dem unter dem Überzug liegenden Körper annehmbare IFeuersicherheit verleiht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher Urethanpolymer-Hartschaumelementen eine zufriedenstellende Feuersicherheit oder -festigkeit verliehen, indem ein Laminat aus einer Schicht eines Urethanpolymer-Hartschäumstoffs mit einem äußeren Überzug aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Glasfasern hergestellt wird.

Aufschäumbare Urethanzusammensetzungen, die Urethanpolymer- bzw. Polyurethan-Hartschäume bilden, sind mit einer großen Vielfalt chemischer und physikalischer Eigenschaften im Handel erhältlich. Derartige Massen enthalten im allgemeinen eine Isocyanatkomponente mit reaktionsfähigen Isocyanatgruppen, eine Polyolkomponente mit einem oder mehreren Polyolen, katalytischen Mitteln und vorzugsweise einem flamm- oder feuerbeständigen Mittel, wie Trichlosmonofluormethan. Typische Eigenschaften der handelsüblichen Urethanpolymer-Hartschaumstoffe sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

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Typische Eigenschaften von Ur et hanhart schäumen.

Dichte Druckfestig- Druckmodul Scherfe- Schermodul

(g/ciir⁵) keit (kg/cm²) (kg/cm ) (kg/cm²) (kg/cm²)

ASIM D ASTM D 1621 ASTM D 1621 1622

0,011-0,0145 1,41-4,22 28,1-141 1,41-3,52 17,6-38,7

0,0146-0,218 2,46-6,68 56,2-24,6 2,11-4,92 24,6-56,2

0,022-0,327 3,52-13,0 105-422 3,16-8,79 35,2-91,4

0,033-0,509 7,03-24,6 267-844 5,27-12,7 59,8-141

0,051-0,073 14,1-42,2 352-1410 8,79-19,3 91,4-211

Brauchbare aufschäumbare Urethanmassen werden durch die Firmen Witco Chemical Corporation, New Castle, Delaware/ USA, and Owens-Corning Fiberglass Corp., Toledo, Ohio/ USA, vertrieben.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung ein monolithartiges Verbundbauelement, wie eine Wandplatte oder -tafel, mit einem Kern aus Hartschaumstoff geschaffen, der in einen Mantel bzw. eine Schale aus faserarmiertem Zement eingeschlossen ist. Das Verbundbauelement kann in der Weise hergestellt werden, daß eine aufruhende oder gestützte, offene Schale aus einem gehärteten Gemisch aus Zement und Fasern gefertigt wird, in die offene Schale ein zu einem Hartschaum aufschäumendes Polymeres eingefüllt wird, die offene Schale mit einem Deckelteil aus einem gehärteten Gemisch aus Zement und Glasfasern

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verschlossen wird und sodann der Deckelteil in seiner Lage festgehalten wird, während der Polymerschaum das Innere der geschlossenen Schale ausfüllt.

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Claims

Patentansprüche

f 1. iVerbundbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Hartschaumkern aufweist, der von einem geschlossenen Mantel bzw. einer Schale aus einem faserarmierten Zement vollständig umschlossen ist, daß die Schale etwa 1-40 Vol.-% Fasern enthält, die in willkürlicher oder wahlloser Verteilung praktisch gleichmäßig durch im wesentlichen das Gesamtvolumen der Schale hindurch verteilt sind, daß der Kern innerhalb der geschlossenen Schale durch unter Druck erjagendes Aufschäumen einer aufschäumbaren Polymermasse in der Schale hergestellt worden ist und daß der umschlossene Hartschaumkern aufgrund der in situ-Aufschäumung über seine gesamte Oberfläche hinweg in inniger adhäsiver Verblockung mit der gesamten Innenfläche der Schale steht.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale aus einem Zement mit einem inerten, teilchenförmigen !Füllstoff, wie Sand, hergestellt ist.
3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale eine Dicke von etwa 3,2 - 25,4 mm besitzt.
4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine Dicke von etwa 25,4· - 254 mm oder mehr besitzt.

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5. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem in situ bzw. an Ort und Stelle in der Schale gebildeten Urethanpolymer-Hartschaum besteht.
6. Bauelement nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern mit einer Länge von etwa 9,5 25 »4 Em sind»
7. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Wandplatte oder -tafel bildet
8. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandplatte mit einer Tür- oder Fensteröffnung versehen ist.
9. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Dach- oder Deckenpaneel bildet.
10. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet * daß es eine Schnellstraßenschranke oder -leitplanke bildet.
11. Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranke oder Leitplanke einen beschwerten Sockel aufweist.
12. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in eine oder mehrere Außenflächen der Schale Aggregatoder Zuschlagstoffteilchen eingebettet sind.

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13. Verbundbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Urethanpolymer-Hartschaumkern aufweist, der vollständig von einer geschlossenen Schale aus einem glasfaserverstärkten bzw. -armierten Zement umschlossen ist, daß die Schale mindestens etwa 9,5 nm dick ist und etwa 5 40 Vol.-% Glasfasern enthält, die wahllos praktisch gleichmäßig im wesentlichen durch das Gesamtvolumen der Schale hindurch verteilt sind, daß der Kern innerhalb der geschlossenen Schale durch unter Druck erfolgendes Aufschäumen einer aufschäumbaren Polymermasse in der Schale gebildet worden ist, und daß der umschlossene Hartschaumkern aufgrund der in situ-Aufschäumung über seine Gesamtoberfläche hinweg in inniger adhäsiver Verblockung mit der gesamten Innenfläche der Schale steht.
14. Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale aus einem inerten, teilchenförmige Füllstoffe, wie Sand, enthaltenden Zement hergestellt ist. '
15- Verfahren zur Herstellung der Verbundbauelemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine offen gestützte Schale aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Fasern hergestellt wird, daß in die offene Schale eine zu einem Hartschaum aüfschäumbare Polymermasse eingefüllt wird, daß die offene Schale mit einem Deckel aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Fasern abgedeckt wird, und daß schließlich Schale und Deckel festgelegt und festge-

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halten werden, während der Polymer-Hartschaum den Innenraum der Schale ausfüllt und innig bzw. fest an ihr anhaftet.
16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die offene Schale und/oder der Deckel in der Weise hergestellt wird, daß zunächst Fasern und dann Naßzement in das Innere einer Form eingegeben werden und hierauf die Form zur Verteilung der Fasern im Naßzement gerüttelt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Naßzement z.B. 49 - 93°C warm ist.
18. Verbundbauelement nach Anspruch 1 als feuerbeständiges Laminat, gekennzeichnet durch eine Urethanpolymer-Hartschaumbasis mit einer Überzugsschicht aus einem ausgehärteten oder abgebundenen Gemisch aus Zement und Glasfasern.
19. Verbundbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Hartschaumkern aufweist, der von einer geschlossenen Schale aus einem ausgehärteten Gemisch aus Zement und Fasern umschlossen ist und der durch Aufschäumen einer aufschäumbaren Polymermasse innerhalb einer fünfseitigen, offenen Schale gebildet worden ist, deren sechste Seite zum Verschließen der Schale über dem Kern hergestellt worden ist, und daß

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der Kern mittels des in situ-AufSchäumens innerhalb der fünfseitigen Schale adhäsiv mit dieser verblockt ist.
20. Bauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale etwa 5-50 Vol.-% Fasern enthält, die in wahlloser Verteilung praktisch gleichmäßig durch im wesentlichen das gesamte Volumen der Schale verteilt sind.
21. Bauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale aus einem einen inerten, teilchenförmigen Füllstoff, wie Sand, enthaltenden Zement hergestellt ist.
22. Bauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale eine Dicke von etwa 3,2 - 25,4 mm besitzt.
23· Bauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine Dicke von etwa 25,4 - 254 mm oder mehr besitzt.
24. Bauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem Urethanpolymer-Hartschaum besteht.
25. Bauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern sind.
26. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauelements nach Anspruch 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine offen gestützte Schale aus einem ausgehärteten öder abgebundenen Gemisch aus Zement und Fasern hergestellt

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■wird, daß ein zu einem Hartschaum aufschäumbares Polymeres in die offene Schale eingefüllt wird, um diese
dadurch mit Polymer-Hartschaum auszufüllen, und daß
anschließend zum "Verschließen bzw. Verdeckein der Schale unter Verwendung eines aushärtbaren Gemisches aus
Zement und lasern ein Deckel auf den Hartschaumkern
aufgebracht und der Deckel ausgehärtet wird.
27· Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Bildung des Deckels aufgetragene Gemisch längs
der Seitenwände der Schale abwärts verstrichen wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Schale dadurch gebildet wird, daß zuerst Fasern und dann Naßzement auf die Innenfläche einer Form
aufgetragen werden und danach die Form zur Verteilung
der Fasern im Naßzement gerüttelt wird.
29· Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauelements nach Anspruch 1 mit einem Hartschaumkern, der von einer Schale bzw· einem Mantel aus einem ausgehärteten oder abgebundenen Gemisch aus Zement und Fasern umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht eines nassen
Gemisches aus Zement und Fasern auf den Boden einer Form für das Bauelement aufgetragen wird, daß sodann auf diese Schicht ein Hartschaumkern aufgelegt wird, der kleinere Umfangsmaße besitzt als die Form und dessen Höhe
geringer ist als diejenige der Form, daß hierauf ein
nasses Gemisch, aus Zement und Fasern in den freien Zwischenraum zwischen Kern und Formwänden eingefüllt und

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auf die Oberseite des Kerns aufgetragen wird, so daß ein Boden, eine Oberseite und Seitenwände gebildet werden, welche den Kern umschließen, und daß schließlich das Zement/-Glasfasergemisch ausgehärtet wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Pasern in die Form eingefüllt werden und darauf eine Lage Naßzement ohne Fasern aufgetragen wird, daß nach dem Einsetzen des Kerns Fasern in den freien Zwischenraum zwischen Kern und Formwänden eingefüllt sowie auf die Oberseite des Kerns aufgelegt werden, wonach Naßzement ohne Fasern eingefüllt bzw. aufgetragen wird, und daß schließlich die Anordnung gerüttelt wird, um die Fasern durch den gesamten, den Kern umschließenden Zement hindurch zu verteilen.

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