DE2617741A1 - Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten hydraulisch erhaertenden massen vorbestimmbarer formgestalt - Google Patents
Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten hydraulisch erhaertenden massen vorbestimmbarer formgestaltInfo
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Description
PkD rCDUADnPAT7PI π, λ
68MANNHEIW1 12,/Ίρ-^l '(?>>
DR. GERHARD RATZEL 2617741 seckenheimerstr.36a.Te..(O62i)4oe3i5
) Bank. Deutsche Bank Mannhelm Nr. 72/00060
Akte 83I3 T Telegr.-Codei Gerpat -/m±
Portland-Zementwerke
Heidelberg Aktiengesellschaft
Heidelberg Aktiengesellschaft
Berliner Straße 6
6900 Heidelberg 1
6900 Heidelberg 1
Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten hydraulisch -.er hart enden Massen vorbe st immbar er
Formgestalt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten hydraulisch erhärtenden Massen vorbestimmbarer
Formgestalt, welches es gestattet, die faserverstärkten hydraulisch erhärtenden Massen durch übereinanderspritzen
von Pasern und Matrix in der Weise herzustellen, daß die noch nicht erhärtete Mischung aus Matrix und
Fasern in der Regel eine hohe Fließfähigkeit besitzt und damit einfach einer weiteren Verarbeitung unterzogen
werden kann.
Diese technische Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß main das Verfahren der eingangs genannten Gattung
in der Weise durchführt, daß Matrix und Fasern unter Bewirkung eines Mischungseffekts im sogenannten Faserspritzverfahren
gegen eine Prallfläche gesprüht und auf dieser
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aufgefangen werden und daß man sodann die entstandene, noch nicht
erhärtete Mischung aus Matrix und Pasern durch Abtropfenlassen, Abgleitenlassen, Abfließenlassen, Abstreifen, Abschütteln, Abschleudern
usw. von der Prallfläche abzieht und durch an sich bekannte Maßnahmen an den Ort des endgültigen Einbaues fördert
und dort in die gewünschte Pormgestalt bringt.
Als Verstärkungsfasern kommen dabei alle mineralischen Pasern wie
z.B. Glasfasern, Stein- und Schlackenwollen sowie künstliche Kristalle ferner Kohlenstoffasern, Mineralfasern und organische
Pasern in Betracht.
In jüngster Zeit haben die faserverstärkten hydraulisch erhärtenden
Massen in der Bautechnik sehr stark an Bedeutung gewonnen. Mit ihrer Hilfe ist es möglich geworden, einen entscheidenden Nachteil
aller hydraulisch, d.h. beispielsweise durch Zement oder Gips gebundene Massen, nämlich ihre Sprödigkeit zu überwinden.
Die zugegebenen Pasern machen aus dem spröden Matrixmaterial, das z.B. aus Peinbeton besteht, einen zähen Werkstoff. Er bietet sich
vorzugsweise für dünnwandige oder komplex geformte Bauteile an.
Die Herstellung komplex geformter Teile wird erleichtert, wenn die
noch nicht erhärtete Masse formbar ist, also in eine beliebige Pormgestalt überführbar ist und ähnlich einfach wie zum Beispiel
flüssiges Metall in enge und komplizierte Formen gießbar ist.
Es hat sich gezeigt, daß mineralisch gebundene, faserverstärkte
Massen in sehr weicher Konsistenz nicht in wünschenswerter Weise
durch Einmischen der Pasern erzeugt werden können. Daher hat es nicht an Versuchen gefehlt, das Paserspritzverfahren so zu modifizieren,
daß es auch zum Befüllen von engen Spalten mit fließfähigem
Mischgut geeignet ist.
Das Faserspritzverfahren wird zur Herstellung flächenförmiger
Raumformteile verwendet, wobei aus Pasern und Matrix an der
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Einbaustelle ein Pilz entsteht, der sich jedoch nicht wie eine Flüssigkeit weiterverarbeiten läßt.
Mit vorliegender Erfindung ist es nun überraschenderweise möglich,
das Paserspritzverfahren so zu modifizieren, daß das Befüllen von
engen Spalten mit einer fließfähigen Mischung aus Matrix und Paser möglich ist.
Dabei setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise
eine hoch fließfähige Matrix ein, die gemäß bevorzugter Ausführungsformen durch Sondermaßnahmen, wie beispielsweise durch Zugabe
von hochwirksamen Verflüssigem, noch fließfähiger gemacht
wurden, als dies durch eine reine Wasserzugabe möglich wäre und die gleichzeitig einen Zusatz enthalten kann, der das Wasserabstoßen
der hydraulisch erhärtenden Masse verhindert, beispielsweise Zusätze von Polyäthylenoxid oder Methylcellulose.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren spritzt man nicht auf einen
Formkörper und baut auch nicht flächig die Masse des zu fertigenden Raumformkörpers wie beim Paserspritzverfahren auf, sondern man
spritzt an eine Prallfläche, von der das Spritzgut, das aus der gewünschten Kombination von Matrix und Fasern besteht, abtropft,
abfließt, abgleitet oder anderweitig abgestreift wird.
Dieser Vorgang kann auch dahingehend modifiziert werden, daß man
in einen Vorratsbehälter die gewünschte Menge Spritzgut hineinspritzt
und dann wie eine Flüssigkeit weiter verarbeitet.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß eine weitgehende Schonung der Faser beim Verarbeitungsvorgang
gewährleistet ist, da ein Mischen im üblichen Sinn überhaupt nicht stattfindet; man kann daher auch Fasern, die.
gegen mechanische Beanspruchung empfindlich sind, verwenden; es können, wie bereits ausgeführt, vorteilhafterweise enge Schalungen
und F or «ι en durch die vom Prallblech abgleitende Mischung aus Faser
und Matrix gefüllt werden; es kann ferner durch gezielt
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geordnete Pluidaltextur eine Faserausrichtung leicht erreicht werden; es kann, wie bereits ausgeführt wurde, vorteilhafterweise
kontinuierlich gearbeitet werden, womit das unerwünschte Auftreten von Restmengen vermieden wird.
Man kann das erfindungsgemäße Verfahren mit den vorhandenen üblichen
Spritzgeräten durchführen, ohne diese zu modifizieren; man kann an ihnen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch sehr einfache Modifikationen durchführen, wie dies weiter unten in den Beispielen dargestellt ist; durch gezielte Matrixzusammensetzung
kann mit geringen Wasserüberschüssen gearbeitet werden, durch einfacheres Arbeiten werden Arbeitskräfte eingespart
oder geschont; schließlich ist weniger qualifiziertes Personal erforderlich.
Durch die sehr fließfähige Konsistenz der gewählten Matrix und des erfindungsgemäßen Mischvorgangs auf einer Prallplatte, die
sehr nahe bei den Mündungsöffnungen der Düsen von Matrix und geschnittener
Faser liegt, ist es möglich, unter entsprechend hohem Druck.auch die Matrix ohne Luft zusatz (airless) zu spritzen. Hierdurch
entfallen weitere Investitionskosten für das sonst erforderliche PreßIuftaggregat. Außerdem erfolgt eine Verbesserung der
Arbeitshygiene, da der Staubanteil, der beim Zerstäuben der Matrix
mittels Preßluft sonsirx/ermeidbar ist, völlig vermieden wird.
Das Wesen vorliegender Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele,
die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, weiterhin erläutert.
Für das Spritzverfahren wurde eine im Baumaschinenhandel erhältliche
Putzmaschine verwendet, wie sie heute für das Spritzen von
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Feinputzen eingesetzt wird. Es wurden keine Modifikationen an dieser Maschine vorgenommen.
Als Verstärkungsfaser wurde eine alkaliwiderstandsfähige Glasseide,
die als Roving im Handel erhältlich ist, verwendet. Zum Faserspritzen wurde eine hierfür übliche Maschine ohne Modifikationen
eingesetzt. Beide Spritzköpfe wurden in einem Abstand von 2o cm vor einer Prallplatte aus o,5 mm starkem Stahlblech
zusammen in einer Haltevorrichtung montiert. Die Prallplatte hatte folgende Abmessungen: 25 x 25 cm; sie stand in einem Winkel von
ca. 25° gemessen an der Spritzrichtung von den Spritzdüsen weggeneigt .
Der Spritzvorgang richtete sich nach den Angaben der Spritzgerätehersteller.
Die Grundellipsen der Spritzkegel von Faser und Matrix wurden auf der Prallplatte zur Deckung gebracht.
Als Matrixmaterial wurde hochfließfähige Matrix mit Portland-Zement
als Bindemittel eingesetzt.
Im Einzelnen hatte diese Matrix die im folgenden angegebene Zusammensetzung:
Portland Zement PZ 35o: | Io2o | kg/nr |
Wasser | 53o | kg/m3 |
Flußsand Körnung 0-o,5 mm | 23o | kg |
Gesteinsmehl | 45 | kg |
Hochleistungsverflüssiger | ||
(Melaminharzbasis) | 15,3 | kg |
Polyäthylenoxid | O.31» | kg |
Glasseide | 83,5 | kg |
Die beim Spritzen auf der Prallfläche erzeugte Matrix-Paser-Mischung
floß von dieser ab. Das abfließende Spritzgut wurde direkt von der
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Platte aus in einen Spalt einer Schalung gefüllt, der eine öffnungsweite
von 12 mm besaß.
Die Spalthöhe von insgesamt 3 πι konnte ohne nennenswert weiteren
Verdichtungsaufwand gefüllt werden, ohne daß Verstopfungen oder Faseranhäufungen beobachtet werden konnten.
Mit dem oben beschriebenen Spritzgerät wurde in einen Trichter hineingespritzt. Der Trichter hatte eine obere öffnung von 25 cm
und eine untere öffnung von 12 mm, seine Gesamthöhe betrug ca. 35 cm. Die Zusammensetzung der Matrix war die gleiche wie im
Beispiel 1. Statt eines Zusatzes von Polyäthylenoxid wurde diesmal o,66 kg Methylcellulose pro rar an fertigem Matrix verwendet.
Es wurde der Luftstrom für die Matrixdüse außer Kraft gesetzt und statt dessen die feinste, vom Maschinenlieferanten zur Verfügung
gestellte Matrixspritzdüse verwendet bei zugleich stärkstem
Förderdruck der Feinbetonpumpe. Auch ohne Preßluft wurde die erforderliche Feinverteilung der Matrix erreicht.
Mit Hilfe dieses Verfahrens und der angegebenen Matrix konnte die 3 m hohe Spalte zur vollen Zufriedenheit gefüllt werden.
Unter Beibehaltung der Matrixzusammensetzung und der Spritzgeräte wie in Beispiel 1 wurde das Spritzgut in einen Eimer mit Auslauftrichter
hineingespritzt.
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Es entstand in diesem Eimer eine homogene Mischung, die sodann mittels eines weiteren Fülltrichters in den beschriebenen Spalt
zwischen zwei Schalungsplatten eingefüllt werden konnte. Hierbei wird die Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Paser besonders
deutlich: Eine geschnittene Glasseide, die sich für das Mischen in einem Betonmischer eignet, würde ca. 9.— DM/kg kosten. Die
Glasseide, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann, kostet nur ca. 8,1 DM/kg. Allein aufgrund des Unterschiedes
des Preises der verwendeten Glasfaser, entsteht hier ein Kostenvorteil von 73.— DM/m .
Das Spritzgut nach Beispiel 1, das von der Prallplatte abträufelt,
wurde auf einer 1 m langen und utner 6o° geneigten schiefen Ebene abfließen gelassen. Bedingt durch die Reibung zwischen fester
Ebene, Matrix und Faser kann hierdurch eine gewisse Ausrichtung der Faser durch die Fließbewegung in Fließrichtung erreicht werden.
Läßt man dieses derart alt "Vorzugsrichtung11 versehene härtbare Material auf eine ebene Tafel unmittelbar am Ende der schiefen
Ebene abtropfen, so kann man z.B. eine im erhärtenden Zustand mit Vorzugsrichtung bewehrte ebene Tafel herstellen. Auch hier
wird ein wirtschaftlicherer Fasereinsatz geschaffen.
Durch Bewegung des Faserspritzkopfes vor einer feststehenden Wand wird erfindungsgemäß erreicht, daß sich die von dem Spritzkopf
ausgeworfenen Faserabschnitte in Bewegungsrichtung ausrichten. Spritzt man hierbei gleichzeitig eine fließfähige Matrix, so wird
diese Vorzugsrichtung fixiert; von der ebenen Wand fließt eine Mischung aus Matrix und Faserfilz ab. wobei eine Vorzugsrichtung
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Jg
im erhärteten Zustand geschaffen wird.
Dieser Effekt wird ausgenützt, um mit einer Sprit ζeinrichtung und
einer Matrixzusammensetzung der in Beispiel 1 beschriebenen Art, jedoch ohne Verwendung der Prallplatte, eine faserbewehrte, lange,
nämlich 7 m lange Fenstersprosse herzustellen. Oberhalb der zu befüllenden Form befindet sich eine Wand aus mit Kunststoff vergütetem
Holz. Gegen diese senkrecht stehende Wand wurde Faser und Matrix gespritzt, wobei der Spritzkopf eine Vertriebsgeschwindig-t
keit von ca. o,5 m/sec. besitzt. Durch die Orientierung der Faser konnte erreicht werden, daß die faserbewehrte Fenstersprosse eine
ca. 1,8 mal größere Festigkeit besitzt, als bei der Herstellung aus einer herkömmlichen Faserbeton-Mischung unter Verwendung
eines normalen Betonmischers.
Die Matrix gemäß Beispiel 3 wurde jeweils einmal mit geschnittener
Glasseide hergestellt, wie sie bisher für das Einmischen Verwendung fand und zum anderen nach der Verfahrensweise gemäß
Beispiel 3.
Aus dem solchermaßen gewonnenen faserverstärkten, härtbaren Material
wurden Probekörper für die Biegezugprüfung mit Abmessungen 33 x 6 χ 3 cm hergestellt.
In der folgenden Tafel 1 sind die Meßergebnisse dargestellt nämlich
die Biegezugergebnisse, die nach einer Lagerungszeit von 7 Tagen unter Wasser ermittelt wurden.
Man erkennt, daß die bessere Verankerungslänge, der beim Spritzverfahren
verwendeten Fasern (Spritzverfahren: Länge der Fasern
ca. 55 mm; Mischverfahren: Länge der Fasern ca. 25 mm) dazu führt, daß die Biegezugfestigkeiten um etwa 25Ϊ höher liegen als bei den
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bisher bekannten Mischverfahren des Standes der Technik.
Bei gleichen Festigkeitsanforderungen können dadurch beträchtliche
wirtschaftliche Vorteile durch die Reduktion des Fasergehalts
erreicht werden.
Tafel 1
Biegezugfestigkeit von Glasfaserbeton nach dem Mischverfahren und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Probeplatten: 33 x 6 x 1 cmj Lagerung: 7 Tage unter Wasser.
Verfahren | Biegezugfestigkeit Einzelwerte |
kp/cm | 176 | Mittelwerte | % |
221 | ρ kp/cm |
loo | |||
Mischverfahren | 181, 174, 171, 179, | 173, | 175 | 125 | |
gemäß Erfindung | 222, 219, 198, 224, | 218, | 217 | ||
2Ü9844/0365
Claims (18)
- PatentansprücheÜ Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten hydraulisch erhärtenden Massen vorbestimmbarer Pormgestalt, dadurch gekennzeichnet, daß Matrix und Faser unter Bewirkung eines Mischungseffekts im sogenannten Faserspritzverfahren gegen eine Prallfläche gesprüht werden und daß man sodann die entstandene noch nicht erhärtete Mischung aus Matrix und Fasern durch Abtropfenlassen, Abgleitenlassen, Abflißenlassen, Abstreifen, Abschütteln, Abschleudern usw. von der Prallfläche abzieht und durch an sich bekannte Maßnahmen an den Ort des endgültigen Einbaues fördert und in die gewünschte Formgestalt bringt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Prallfläche eine Prallplatte verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Prallfläche eine Trichterfläche verwendet.
- 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche mit dem Spritzkopf als eine Handhabungseinheit mitgeführt wird.
- 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche sich bewegt, z. B. schwingt oder rotiert.
- 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche zum Spritzstrahl in einem Anstellwinkel zwischen £ 5° und +. 9o° angestellt ist.
- 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche fest mit der Schalung des zu fertigenden Raumformkörpers verbunden ist.7098U/03650P.13INAL INSPECTED
- 8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Prallfläche die Oberfläche des Spritzgutes in einem Behälter verwendet, aus welchem das Spritzgut anschließend weiterverarbeitet wird.
- 9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine so weiche Matrix einsetzt, daß eine hochfließfähige Mischung entsteht.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man eine Matrix einsetzt, die Verflüssiger und/oder Luftporenbildner, ζ. B. Vinsolharz, Ligninsulfonat, Melaminharz und/ oder Verarbeitungshilfen, z. B. auf der Basis von Methylcellulose und/oder Polyäthylenoxid enthält.
- 11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß man die Matrix ohne Luftzusatz (sogenanntes airless-Verfahren) spritzt.
- 12. Verfahren nach Ansprüchen i bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgut in einem Vorratsbehälter gesammelt und dann analog wie eine Flüssigkeit weiterverarbeitet wird.
- 13. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die fertige Mischung aus Matrix und Pasern durch Pumpen weiter befördert.
- Ik. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß man Mineralfasern und/oder Kohlenstoffasern und/oder organische Pasern und/oder Metallfasern einsetzt.
- 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pasern in konfektioniertem Zustand, z. B. als Seide oder Wolle einsetzt. 7Oq8U/O36 5
- 16. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fließweg der gespritzten Mischung durch an sich bekannte Maßnahmen beeiflußt, beispielsweise durch Anwendung von Leitblechen oder Rechen, die die Faser ausrichten mit dem Effekt der Erreichung einer Vorzugsrichtung.
- 17. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Faserausrichtung durch eine Relativbewegung des Faser- und Matrixspritzkopfes zur Prallfläche bewirkt.
- 18. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die entstandene Mischung am Ort des endgültigen Einbaues in beliebig geformte Schalungen einführt.$0 9844/0365
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