DE3347675A1 - Synthetic stone building element and process for its manufacture - Google Patents

Abstract

In a, for example, plate-shaped synthetic stone building element of cement, gypsum or another castable material, thin stainless steel fibres of a diameter from 0.05 to 0.15 mm are provided as a reinforcement which improves the stability. These fibres are exposed to an oxidising treatment, which may take place with added oxygen, at temperatures above 800 DEG C, thereby the fibres are provided with a surface roughness whose peak-to-valley height amounts to up to 30% of the fibre diameter. The thermal treatment of the fibres can be carried out in a heating zone which is flushed with oxygen and through which the fibres are pulled continuously. Even with fibres which are embedded straight and in a stretched state into the cement matrix, excellent adhesion thereof in the matrix is achieved. Building elements with a defined geometrical shaping of the reinforcements can be created.

Description

Kunststein-Bauelement und Verfahren zu dessen HerstellungArtificial stone component and process for its production

Die Erfindung betrifft ein Kunststein-Bauelement mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1. genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to an artificial stone component with the in the preamble of claim 1. named, generic features, as well as a method for its manufacture.

Kunststein-Bauelemente, z.B. Dacheindeckungsplatten, Fassadenpla tten, Drainagerohre der genannten Art werden heute vielfach aus Asbest-Zement oder einem damit äquivalenten Werkstoff hergestellt, wobei das Asbest-Material als Bewehrung eingesetzt ist, die den Bauelementen eine erforderliche Mindestfestigkeit vermitteln soll.Artificial stone components, e.g. roof cladding panels, facade panels, Drainage pipes of the type mentioned are now often made of asbestos cement or a thus produced equivalent material, with the asbestos material as reinforcement is used, which give the components a required minimum strength target.

Anstelle der Verwendung von Asbest als Armierung ist es auch bekannt (DE-PS 30 24648), Bewehrungsfasern aus Metall zu verwenden, die eine typische Dicke von 0,05 bis 0, 15 mm haben, wobei diese Metallfasern, um eine möglichst gute Haftung in der Zement-Matrix der Bauelemente zu erzielen, einer aufrauhenden Oberflächenbehandlung unterzogen worden sind. Diese Oberflächenbehandlung erfolgt dabei mit chemischen Mitteln im Sinne einer Anätzung der Oberfläche oder mechanisch durch ein Sandstrahlverfahren oder dergleichen. Dabei wird eine Rauhtiefe Rp/,um von ca.0,63 bis 1,0 vorgesehen.Instead of using asbestos as reinforcement, it is also known (DE-PS 30 24648) to use reinforcing fibers made of metal that have a typical thickness from 0.05 to 0.15 mm, these metal fibers in order to achieve the best possible adhesion in the cement matrix of the building elements, a roughening surface treatment have been subjected to. This surface treatment is done with chemical Means in the sense of an etching of the surface or mechanically by means of a sandblasting process or similar. A roughness depth Rp / um of approximately 0.63 to 1.0 is provided.

Trotz dieser Art der Vorbehandlung der Metallfasern wird hierbei nicht immer mit hinreichender Zuverlessigkeit die für eine wirksame Armierung der bekannten Bauelemente erforderliche gute Haftung zwischen der Metallfaser-Bewehrung und der Zement-Matrix erzielt. Vielmehr hat es sich gezeigt, daß insbesondere dann, wenn die Metallfasern mechanisch aufgerauht waren, die Haftung dieser Bewehrung in der Matrix ungenügend war und die erforderliche Min dest-B iegefestigke it nicht annähernd erreicht wurde.Despite this type of pretreatment of the metal fibers, this is not done always with sufficient reliability for an effective reinforcement of the known Components required good adhesion between the Metal fiber reinforcement and the cement matrix. Rather, it has been shown that, in particular, if the metal fibers were mechanically roughened, the adhesion of this reinforcement was insufficient in the matrix and the required minimum flexural strength was not was almost reached.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bauelement der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, das insbesondere die erforderliche Biegefestigkeit gewährleistet und darüber hinaus auch einer preisgünstigen und rationellen Fertigung zugänglich ist.The object of the invention is therefore to provide a component of the type mentioned at the beginning Type and a process for its production to be specified, in particular the required Bending strength guaranteed and also an inexpensive and rational one Manufacturing is accessible.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Bauelements durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. genannten Merkmale gelöst.This task is achieved with regard to the component by the in the characterizing Part of claim 1. mentioned features solved.

Hiernach sind als Bewehrungsfasern Edelstahlfasern vorgesehen, die bei hoher Temperatur unter Einwirkung von Luftsauerstoff einer oxidierenden Behandlung ausgesetzt waren und als Folge dieser Behandlung eine Oberfldchenrnuhigkeit haben deren Rautiefe mindestens bereichsweise 5% bis 30% des Faserdurchmessers entspricht.According to this, stainless steel fibers are provided as reinforcement fibers at high temperature under the action of atmospheric oxygen an oxidizing treatment have been exposed and have surface calm as a result of this treatment whose roughness corresponds at least in some areas to 5% to 30% of the fiber diameter.

Ein erfindungsgemäl3es Bauelement tit dieser -rein durch tilermische Behandlung unter Sauerstoffeinw irkung erzielten Oberflächenrauhigkeit- zeigt im Biegeversuch die erforderliche Mindest-Biegefestigkeit, wobei, wenn die Bruchgrenze überschritten ist, die Bewehrungsfasern mit abreißen, woraus erkennbar ist, daß die Bewehrungsfasern eine ausgezeichnete Haftung in der Zement-Matrix haben.A component according to the invention with this purely by mixing Treatment under the influence of oxygen shows the surface roughness achieved in the Bending test the required minimum bending strength, where if the breaking point is exceeded, tear the reinforcement fibers with, from which it can be seen that the reinforcement fibers have excellent adhesion in the cement matrix.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bouelemente, das sich im wesentiichen auf die Temperaturbehandlung der als Bewehrung eingesetzten Metallfasern bezieht, wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Edelstahlfasern, bevor sie in eine zur Herstellung der Bauelemente verwendbare Zement-/ oder Gipsmatrix eingebracht werden, in einem Glühofen, der für eine Heiztemperatur von mindestens 800°C, vorzugsweise jedoch für eine höhere Temperatur ausgelegt ist, der thermischen Behandlung ausgesetzt werden, die solange aufrechterhalten wird bis die erforderliche Oberflächenrauhigkeit erzeugt ist.With regard to the method for producing the inventive Bouelemente, which essentially relate to the temperature treatment of the as Reinforcement refers to the metal fibers used, the aforementioned object is achieved by that the stainless steel fibers before they can be used in a for the production of the components Cement / or gypsum matrix are introduced in an annealing furnace, which is used for a heating temperature of at least 800 ° C, but is preferably designed for a higher temperature, exposed to the thermal treatment, which is maintained for so long until the required surface roughness is achieved.

Versuche haben ergeben, daß bei einer Behandlungstemperatur von 8000C eine Behandlungszeit von einer Stunde ausreichend ist, um die für die Haftung der Metallfasern in den Bauelementen erforderliche Oberflächenrauhigkeit der Metallfasern zu erzielen.Tests have shown that at a treatment temperature of 8000C a treatment time of one hour is sufficient for the adhesion of the Metal fibers in the components required surface roughness of the metal fibers to achieve.

Wird bei Behandlungstemperaturen von 1200°C oder bei einer noch höheren Temperatur gearbeitet, so kann die Behandlungszeit auf wenige Minuten reduziert werden.Used at treatment temperatures of 1200 ° C or higher Working temperature, the treatment time can be reduced to a few minutes will.

Vorteilhaft kann es weiter sein, wenn während der thermischen Behandlung der Behandlungsraum mit reinem Sauerstoff oder einem Sauerstoff-Luftgem isch gespOlt wird, das einen erhöhten Sauerstoffgehalt hat.It can also be advantageous if during the thermal treatment the treatment room is flushed with pure oxygen or an oxygen-air mixture which has an increased oxygen content.

Die erfindungsgemäß vorgesehene und erzeugte Oberflächenrauhigkeit kann auch durch Behandlung der Bewehrungs- Metallfasern in einer oxidierenden Gasflamme erfolgen. Diese Art der thermischen Behandlung ist mit einem günstig niedrigen Energie-Verbrauch verbunden.The surface roughness provided and generated according to the invention can also be done by treating the reinforcement metal fibers in an oxidizing gas flame take place. This type of thermal treatment has a favorably low energy consumption tied together.

Alternativ ist eine rationelle Art der thermischen Behandlung der Metalldrahte auch mittels einer elektrischen lnduktionsheizung möglich.Alternatively, a rational type of thermal treatment is the Metal wires also possible by means of an electrical induction heating.

Es hat sich gezeigt, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Metallfasem, fUr sich allein gesehen, eine gegenüber den unbehandelten Fasern nur geringfügig verminderte Reißfestigkeit hatten, verglichen mit dem Fall, daß die Metallfasern einer mechanischen Oberflächenbehandlung, etwa nach dem Sandstrahiverfahren/oder chemisch ätzenden Oberflalchenbéhändlung unterzogen wurden, obwohl solche Oberflächenbehandlungen zu einer geringeren Rauhtiefe führen.It has been shown that treated according to the method according to the invention Metal fibers, seen on their own, only one compared to the untreated fibers had slightly decreased tear strength compared with the case that the Metal fibers of a mechanical surface treatment, for example by sandblasting / or chemically corrosive surface treatments have been subjected, although such surface treatments lead to a lower surface roughness.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Durchfuhrungsbeispielen des erfindungsgemdßen Verfahrens Beispiel 1: Zur Herstellung einer Metallfaser-bewehrten Zementplatte wurden Drahte aus Edelstahl der Güteklasse 4.401, die eine Dicke von 0,09 mm hatten, in einem vertikal stehenden Rohrofen, dessen Heizrohr beiderseitig offen war, bei einer Temperatur von 1 .0006C behandelt. Durch die offene Anordnung des Rohrofens war eine hinreichende Sauerstoffzufuhr gewährleistet. Die Metallfasern wurden in den noch kalten Ofen eingebracht, der innerhalb einer Zeitspanne von ca. 45 Minuten von Zimmertemperatur auf die Behandlungstemperatur von 10000C aufgeheizt wurde. Diese Behandlungstemperatur wurde für 10 Minuten aufrechterhalten. Hiernach wurde die elektrische Widerstandsheizug des Rohrofens abgeschaltet. Die Metallfasern wurden entnommen, nachdem die Temperatur im Rohrofen auf etwa 300°C abgesunken war, was nach etwa 10 Minuten der Fall war. Die Metallfasern wurden anschließend in Stücke von etwa 15 bis 20 mm Lange zerschnitten und diese relativ kurzen Faserstücke in eine zur Herstellung eines plattenförmigen Bauelementes vorgesehenen Zementmasse eingebracht, wobei durch Umrühren und Rütteln der Zementmasse eine Verdichtung erzielt wurde. Der Gewichtsanteil der Metallfasern an der zur Herstellung des Bauelementes verwendeten Formmosse betrug 30/0. Es wurde eine Platte hergestellt, die eine Dicke von 5 mm hatte. Diese Platte wurde in einem Biegeversuch bis zur Bruchgrenze belastet, wobei sämtliche sich über die Bruchstelle erstreckende Bewehrungsfasers tücke an der Bruchstelle abrissen.Further details and features of the invention emerge from the the following description of examples of implementation of the method according to the invention Example 1: Wires were used to produce a cement board reinforced with metal fibers Made of grade 4.401 stainless steel with a thickness of 0.09 mm in one vertical tube furnace, the heating tube of which was open on both sides, at one temperature treated by 1 .0006C. Due to the open arrangement of the tube furnace, one was sufficient Oxygen supply guaranteed. The metal fibers were in the still cold oven introduced within a period of about 45 minutes from room temperature was heated to the treatment temperature of 10000C. This treatment temperature was held for 10 minutes. After that the electrical resistance heating was used of the tube furnace switched off. The metal fibers were removed after the temperature had dropped to about 300 ° C in the tube furnace, which was the case after about 10 minutes. The metal fibers were then cut into pieces about 15 to 20 mm long and these relatively short pieces of fiber into one to produce a plate-shaped one Component provided cement mass introduced, by stirring and shaking a compaction of the cement mass has been achieved. The weight percentage of the metal fibers at the Moss used to manufacture the component was 30/0. A plate was produced which had a thickness of 5 mm. This record was loaded in a bending test up to the breaking point, with all over torn off the breaking point extending reinforcement fiber pieces at the breaking point.

Beispiel 2: Es wurden wiederum Edelstahifasern verwendet, deren Spezifikation und thermische Behandlung derjenigen gemäß Beispiel 1. entsprach. Aus dem thermisch behandelten Fasermaterial wurden Faserstücke mit Längen von ca.Example 2: Again, stainless steel fibers were used, their specification and thermal treatment of that according to Example 1 corresponded. From the thermal treated fiber material were fiber pieces with lengths of approx.

24 cm abgeschnitten. Diese Faserstücke wurden zur Langs-Bewehrung einer Zementplatte verwendet, die eine Länge von 200 mm, eine Breite von 60 mm und eine Dicke von 10 mm hatte. Die Platte wurde in eine offene Form, mit flach-U-fö'migem Querschnitt gegossen, wobei der Zement zunächst in einer Schichtdicke von etwa 2 mm in die Form eingebracht wurde, in die zur stirnseitigen Begrenzung dieser Schicht Abstandstücke mit einer Höhe von 2 mm eingebracht waren, über die eine erste Gruppe von 10 Bewehrungsfasern in regelmäßigem Abstand von ca. 5 mm über die Breite der Form verteilt gespannt waren, derart, daß diese Faserstücke parallel zu den Langskanten der Platte verliefen. Hiernach wurde stirnseitig durch auf die erstgenannten Abstandstücke aufgesetzte weitere Abstandsstücke begrenzt, eine Zementschicht einer Dicke von 6 mm gegossen. ueber diese Schicht bzw. zu deren Begrenzung vorgesehenen Abstandsstücke wurde ein zweiter Satz von weiteren 10 Bewehrungsfasern gespannt und darüber wiederum von einer Schichtdicke von 2 mm eine Zementschicht aufgegossen, zu deren Querbegrenzung wiederum in die U-Form eingesetzte Abstandsstücke der erlöuterten Art dienten. Das Zementmaterial wurde mittels eines Vibrators zur Verdichtung gerüttelt. Diese Platte wurde lediglich einem Bruchtest unterworfen, wobei die Platte auf die Schenkelkante einer U-Profilschiene derart aufgelegt wurde, daß die Bewehrungsfasern rechtwinklig zu den stützenden Schenkelkanten verliefen.Cut off 24 cm. These pieces of fiber became Langs reinforcement a cement board that has a length of 200 mm, a width of 60 mm and had a thickness of 10 mm. The plate was in an open shape, with a flat-U-shaped Cross-section poured, the cement initially in a layer thickness of about 2 mm was introduced into the mold in which to limit this layer on the front side Spacers with a height of 2 mm were introduced, over which a first group of 10 reinforcement fibers at regular intervals of approx. 5 mm across the width of the Shape distributed were stretched so that these pieces of fiber parallel to the long edges the plate ran. After that, the front side was cut through to the first-mentioned spacers placed further spacers limited, a cement layer a thickness of 6 mm cast. over this layer or spacers provided to limit it a second set of 10 more reinforcement fibers was stretched and then again A layer of cement from a layer thickness of 2 mm is poured on to delimit it transversely Spacers of the kind explained, which were again inserted into the U-shape, were used. That Cement material was shaken by means of a vibrator for compaction. This record was only subjected to a break test, with the plate on the edge of the leg a U-profile rail was placed in such a way that the reinforcement fibers are at right angles ran to the supporting leg edges.

Ein am Stempel einer Rahmenpresse befestigtes T-Stahlprofil wurde mit seiner Stimseite des Mitteischenkeis mittig und parallel zu den unterstützenden U-Schenkeln von oben auf die Platte gedruckt. Der Pressendruck wurde bis zum Durchbrechen der Platte gesteigert. Die Bewehrungsfasem rissen an der Bruchstelle der Zementplotte ab, wobei keinerlei Verrückungen der Bewehrungsfasern in deren Längsrichtung festgestellt werden konnten.A T-steel profile attached to the punch of a frame press was with its face side of the middle circle centered and parallel to the supporting ones U-legs printed onto the plate from above. The press pressure was up to the point of breaking through the plate increased. The reinforcement fibers tore at the point where the cement plot broke from, whereby no displacements of the reinforcing fibers were found in their longitudinal direction could become.

Mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Edelstahlfasern können Bewehrungen für die verschiedensten Formen von Kunststeinen geschaffen und deren Sfabilitdt wirkungsvoll erhöht werden. Di95 gilt sowohl für relativ dünnwandige Kunststein-Bauelemente wie z.B. Fassadenverkleidungen, oder für Dachabdeckungen geeignete Weliplatten oder der gleichen wie auch für block-fdrmig gestaltete Bauelemente, die z.B. eine Bewehrung in der Art einer Korbbewehrung benötigen. Desgleichen können mit den erfindungsgemäß behandelten Edelstahlfasem auch Rohrbewehrungen geschaffen werden sowie Bewehrungen für Profilstücke mit offener Profilform wie z B. U-Profile oder Winkel-Profile, wobei es von besonderem Vorteil ist, daß Bewehrungen mit definiert geometrischem Verlauf der Bewehrungsfasern hergestellt werden können.With stainless steel fibers treated according to the method according to the invention reinforcements can be created for the most varied forms of artificial stones and whose safety can be effectively increased. Di95 applies to both relatively thin-walled Artificial stone components such as facade cladding or for roof coverings suitable Weliplatten or the same as well as for block-shaped structural elements, which e.g. require reinforcement in the manner of a cage reinforcement. Can do the same pipe reinforcements also created with the stainless steel fibers treated according to the invention as well as reinforcement for profile pieces with an open profile shape such as U-profiles or angle profiles, whereby it is particularly advantageous that reinforcements are also defined geometric course of the reinforcement fibers can be produced.

Claims (1)

PATENTANSPRUCHE 1. Kunststein-Bauelement, z. B. Dacheindeckungsplatte, Fassadenplatte oder Drainagerohr aus Zement mit einer zur Erhöhung seiner mechanischen Stabilität vorgesehenen Bewehrung aus Metallfasern geringer Dicke von 50,um bis 150 µm, die zum Zweck einer guten Haftung im Zementmaterial einer aurrauhenden Oberflächenbehandlung ausgesetzt waren, dadurch gekennzeichnet, 301 als Bewehrungsfasern Edelstahifasern eingesetzt sind, die hohen Temparnturen unter Einwirkung von SauerstoFf einer oxidierenden Oberflächenbehondlung ausgesetzt waren und als Folge dieser Behandlung eine Oberflächenrauhigkeit haben, deren Rauhtiefe mindestens bereichsweise 5% bis 30% des Faserdurchmessers entspricht 2. Bauelement nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrungsfasern mit zu Längs-/oder Quer-Begrenzungsfiächen des Bauelementes parallelen Verlauf in dieses eingebettet sind.PATENT CLAIMS 1. Artificial stone component, z. B. roofing tile, Facade panel or drainage pipe made of cement with a to increase its mechanical Stability provided reinforcement made of metal fibers of small thickness from 50 to 150 µm, the purpose of a good adhesion in the cement material of a rough surface treatment were exposed, characterized in that 301 stainless steel fibers as reinforcement fibers are used, the high temperatures under the action of oxygen an oxidizing Surface treatment were exposed and a surface roughness as a result of this treatment have, the surface roughness at least in some areas 5% to 30% of the fiber diameter corresponds to 2. component according to claim 1, characterized in that the reinforcing fibers with a course parallel to the longitudinal / or transverse boundary surfaces of the component in this are embedded. 3. Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die oxidierende Behandlung der Edelstahlfasern bei einer Temperatur von mindestens 800°C erfolgt.3. A method for producing a component according to claim 1, characterized in that the oxidizing treatment of the stainless steel fibers in one Temperature of at least 800 ° C takes place. 4. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß Edelstahlfasern mit einer Dicke von 0,09mm bei einer Temperatur von 8000C mindestens eine Stunde durch oxidierende Einwirkung von Luftsauerstoff ausgesetzt wurden.4. The method according to claim 1, characterized in that stainless steel fibers with a thickness of 0.09mm at a temperature of 8000C for at least one hour have been exposed to atmospheric oxygen through oxidizing effects. 5. Verfahren noch Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß Edelstahlfasern mit einer Dicke zwischen 0,09 mm und 0,15 mm bei einer Temperatur von ca. 1000°C für mindestens 10 min. der oxidierenden Einwirkung von Luftsauerstoff ausgesetzt werden.5. The method or claim 3, characterized in that stainless steel fibers with a thickness between 0.09 mm and 0.15 mm at a temperature of approx. 1000 ° C exposed to the oxidizing effect of atmospheric oxygen for at least 10 min will. 6. Verfahren nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahlfasern kontinuierlich durch eine Heizzone transportiert werden, in der eine Temperatur von mindestens 12000C aufrechterhalten wird, wobei die in Transportrichtung gemessene Länge dieser Heizzone und die Transportgeschwindigkeit dahingehend aufeinander abgestimmt sind, daß die Verweilzeit der zu behandelnden Faserabschnitte in der Heizzone fUr die Erzielung der erforderlichen Oberfl öchenrnuhi gkeit ausreicht.6. The method according to claim 3, characterized in that the stainless steel fibers be transported continuously through a heating zone in which a temperature of at least 12000C is maintained, with the measured in the transport direction The length of this heating zone and the transport speed are coordinated with one another are that the residence time of the fiber sections to be treated in the heating zone for the achievement of the required surface smoothness is sufficient. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die für die thermische Behandlung der Edelstahlfasern vorgesehene Heizzone mit Sauerstoff oder einem mit Sauerstoff angereicherten Gasgemisch gespult wird.7. The method according to any one of the preceding claims 3-6, characterized characterized in that the intended for the thermal treatment of the stainless steel fibers Heating zone flushed with oxygen or an oxygen-enriched gas mixture will. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung der Edelstahlfasern mittels einer elektrischen Induktionseizung erfolgt.8. The method according to any one of the preceding claims 3-7, characterized characterized in that the thermal treatment of the stainless steel fibers by means of a electrical induction heating takes place. 9. Verfahren nach einem der vorhergehender Ansprüche 3-7> dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung der Edelstahlfasern im oxidierenden Flammenbereich einer Qisheizung erfolgt.9. The method according to any one of the preceding claims 3-7> thereby characterized in that the thermal treatment of the stainless steel fibers in the oxidizing Flame area of a Qis heater takes place.