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Künstliches Ilartgestein und Yerfahren zu seiner Herstellung.
Die bisher erzeugten, hauptsächlich für Grabmalsteine und für Verkleidungsplatten im Baufach verwendeten Kunststeine bestehen in der Regel aus mit Portlandzement verkitteten Körnungen von Kalkgestein bzw. Marmor, allenfalls unter Beimengung von Erdfarben oder Zementfarben. Da in neuerer Zeit vielfach dunkle Steine verlangt werden, wurden in der Kunststeinindustrie häufig schwarze Kalksteine (Ulmersand) oder schwarzer Marmor (belgischer Marmor) zusammen mit Portlandzement verwendet. Kalksteine bzw. Marmor verlieren jedoch, wenn sie dem Wetter ausgesetzt werden, binnen wenigen Monaten sowohl ihre schwarze Farbe wie auch die Politur ; sie werden hellgrau bis schmutziggelb, wodurch das Aussehen des ganzen Kunststeines unschön wird.
Die Beimischung von Erdfarben, Zementfarben und Anilinfarben zur Masse ergibt keinen befriedigenden Erfolg, da die Farbe und Politur selbst bei nachträglicher Oberflächenhärtung mit Fluaten oder Imprägnierung mit Ölen, Überziehen mit Wachs-und Sehellackpolituren usw. sich nicht als dauerhaft erweist.
Auch der als Bindemittel verwendete Portlandzement zeigt eine geringe Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen und Säuren, wie solche besonders in den Grossstadtatmosphären (in den Rauchgasen) auftreten. Die Folge ist, dass im Laufe der Zeit die Körnungen aus den verwitterten Zementschichten ausfallen und das ganze Produkt dadurch der Verwitterung und dem Verfalle ausgesetzt ist.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, ein künstliches Hartgestein zu schaffen, welches im Aussehen und in seinen Eigenschaften, insbesondere in seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber mecha-
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eingeführten natürlichen Hartgesteine bilden kann.
Ein künstliches Hartgestein, welches diesen Anforderungen entspricht, besteht aus Tonerdezement und mineralischen Körnungen und ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche im wesentlichen aus in der Oberflächenebene des Steines durchschnittenen Hartgesteinskörnungen (zweckmässig von einem Durchmesser unter 10 mm) gebildet ist, die durch den Tonerdezement verkittet sind. Quarz und Quarzit sind nicht geeignet, ein natürliches Hartgestein der oben angeführten Art nachzuahmen und sind daher unter den zur Verwendung kommenden mineralischen Körnungen nicht gemeint. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bindemittel (Tonerdezement) aus der Oberfläche verdrängt und durch einen wetterfesten, vorzugsweise farbbeständigen und polierfähigen Überzug überdeckt.
Die Hartgesteinskörnungen, z. B. Körnungen von Granit, Syenit. Gabbro, Diabas, Diorit, Labrador u. dgl., weisen naturgemäss die gleichen technologischen Eigenschaften auf wie das Hartgestein selbst. aus welchem sie hergestellt wurden. Sie haben ferner die Eigenschaft der tiefdunklen bis schwarzen Färbung, die allen Einflüssen des Wetters und selbst konzentrierter Säure standhält. Die Hartgesteine sind im höchsten Grade polierfähig. lassen spiegelglasartige Polituren erreichen und behalten diese unver- ändert durch beliebig lange Zeiträume. Die Körnungen werden am besten in Steinbrechern in einer Grösse bis etwa 10 mm Durchmesser hergestellt.
Tonerdezement weist bekanntlich eine bedeutend höhere Zug-und Druckfestigkeit auf als Portlandzement und zeigt eine hohe Bindekraft. Diese letztere ist es vor allem, die es ermöglicht, Hartgesteinskörnungen zur Herstellung künstlicher Steine heranzuziehen, da dieser Zement imstande ist, die Körnungen so stark zu binden und in ihren Bettungen zu erhalten, dass der erhärtete Kunststein in der gleichen Weise wie das natürliche Hartgestein bearbeitbar ist. Aus einer Bettung von Portlandzement würden
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hingegen die Körnungen bei der erforderlichen weiteren steinmetzmässigen bzw. maschinellen Bearbeitung, analog der Bearbeitung der Hartgesteine, herausgesprengt werden.
Der fertige Kunststein weist durch
Zusammenwirkung dieser beiden Komponenten eine ausserordentliche Druckfestigkeit und Härte auf und ist ferner gegen Einflüsse der Witterung, gegen Rauchgase und Säureangriff sehr widerstandsfähig.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Kunststeine erfolgt im wesentlichen in der Art der Herstellung der üblichen Kunststeine. Doch ergeben sich mannigfache Vorteile auch des Herstellungsprozesses aus der Art der verwendeten Bestandteile. Vor allem verkürzt sich infolge der raschen Abbindung des Tonerdezementes die Erzeugungsdauer der neuen Kunststeine sehr erheblich. Während es unmöglich ist, einen Portlandzementkunststein vor dem siebenten Tag zu bearbeiten und vor der vierten bis fünften Woche zu polieren, lassen sich die neuen künstlichen Hartgesteine bereits am dritten Tage bearbeiten schleifen und polieren.
Diese kurze Erzeugungsdauer bringt es mit sich, dass auch die Werkstätten. in welchen die Werkstücke bis zu ihrer vollendeten Abbindung lagern müssen, bei Annahme gleicher Leistungsfähigkeit nur ein Viertel der bisherigen Grösse haben müssen. Eine weitere Vereinfachung des Erzeugungsvorganges ergibt sich aus der Tatsache, dass die Kunststeine gemäss der Erfindung auch schon während der Abbindung gegen Temperaturschwankungen (Luftzug, Frost bis zu -50) fast unempfindlich sind und dass daher Vorsichtsmassregeln, die bei der Verwendung des gegen Temperatursehwankungen empfindlichen Portlandzementes getroffen werden müssen, entbehrlich sind ; Haarrisse und Sprünge treten überhaupt nicht auf.
Die künstlichen Hartgesteine gemäss der Erfindung unterscheiden sich im äusseren Aussehen von den Natursteinen fast gar nicht. Sie sind wegen ihrer ausserordentlichen Ähnlichkeit mit natürlichen Hartgesteinen hauptsächlich für die Grabmalindustrie und für die Verwendung bei Luxusbauten geeignet.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass Inschriften und Vergoldungen in der gleichen Weise wie bei natürlichen Hartgesteinen angebracht werden können und wie bei diesen haltbar sind.
Ausblühungen treten nicht auf. Auch kann man Werkstücke in der Weise herstellen, dass die äusseren Schichten eines Werkstückes aus künstlichem Hartgestein ausgeführt werden, während die Füllung in der üblichen Weise aus Portlandzementbeton bestehen kann. Auch diese Werksteine mit einem inneren Kern von durch Portlandzement verkittetem mittelfeinem Schotter oder Riesel zeigen die Vorteile des künstlichen Hartgesteines.
Die hohe Zug-und Bruchfestigkeit des künstlichen Hartgesteins ermöglicht es, auch Platten von grossen Abmessungen, je nach der Grösse von 15 bis 30 MNK Stärke, ohne Schwierigkeit herzustellen.
Einlagen von Draht, Metallstäben, Rabitznetzen u. dgl. sind nicht nötig, können aber zu besonderer Erhöhung der Sicherheit bei grossen Verkleidungsplatten auf Bauten ohne Nachteil eingebettet werden.
Solche Platten können überall unter gleichen Voraussetzungen wie Natursteinplatten an den Fassaden versetzt und verankert werden. Ein Ausspringen der Zapfen und Bankeisen ist bei der Härte des Materials nicht zu befürchten.
Die Säurefestigkeit des künstliehen Hartgesteines, welche sowohl auf der des Tonerdezements wie auf der der Hartgesteinkornungen beruht, ferner der Umstand, dass die Steine auch gegen Fettstoffe unempfindlich sind, sowie die Beständigkeit gegen mechanisches Abscheuern, Wetzen, Kratzen
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verwenden. Von andern Verwendungsmöglichkeiten sei schliesslich noch auf die Auftragsarbeit, z. B. das Ausbessern von ausgetretenen Stiegenstufen, hingewiesen ; wenn die ausgetretenen Flächen mit kÜnstlichen Hartgesteinen aufgetragen werden, wird eine sehr grosse Haltbarkeit gegen Abtreten erreicht.
Das Verfahren zur Erzeugung künstlicher Hartgesteine gemäss der Erfindung sei im folgenden an Hand der Herstellung eines würfelförmigen Betonwerkstückes beschrieben.
Es wird eine Mischung wie für Portlandzementkunststeine hergestellt : das Mischungsverhältnis ist je nach der beabsichtigten Imitation verschieden. In der Regel werden ein Teil Tonerdezement und drei Teile Hartgesteinkörnung (einschliesslich Steinmehl) verwendet. Der Mischung dieser Bestandteile wird Wasser beigesetzt, bis sich eine plastische Masse bildet. Gleichzeitig wird die Füllmasse (Portlandzementbeton) in einem grösseren Mischungsverhältnis, z. B. 1 : 7, hergestellt. Diese besteht aus feinem Schotter (Maurersand) und wird je nach Bedarf mit Portlandzement oder Tonerdezement versetzt.
Auch hier ist die Wasserbeigabe nur eine geringe. Es folgt nun die Einschlagarbeit.
In eine Form aus Holz oder Eisen oder einem andern tauglichen Stoff wird zuerst durch Anpressen eine den Verhältnissen entsprechend starke Feinsehichte eingepresst. Diese Schichte kann im allgemeinen etwa 1-4 cm stark gemacht werden, je nach Grösse des Werkstückes. Mit dem Auftragen der Feinschichte aus 1. iinstlichem Hartgestein wird gleichzeitig immer auch die Füllmasse (Beton) eingefüllt, bis die Form voll ist. Gleichzeitig mit'dem Auffüllen der Form wird das eingebrachte Material so fest als möglich gestampft, allenfalls mit Hilfe von Maschinen. Statt dessen kann die Feinschichte auch mit Pressluft eingeschleudert werden. Die Form kann nach Abschluss der Einsehlagarbeit sofort entfernt werden.
Die Flächen des Werkstückes werden mit einem angefeuchteten Reibbrett (aus Stahl) leicht überrieben, bis sich allfällige Poren schliessen.
Nach 12-20 Stunden Abbindungsdauer wird das Werkstück in den folgenden 24 Stunden dauernd mit Wasser begossen oder bespritzt. Eine besondere hohe Härte wird erreicht, wenn das bereits erhärtete
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Werkstück wenigstens zwei Tage in ein gewöhnliches Wasserbad gelegt wird. Hernach kann das Werkstück zum Austrocknen ins Freie gebracht werden.
Die weitere Bearbeitung richtet sich je nach dem gewünschten Effekt. Es sei z. B. angenommen. dass ein schwarzer schwedischer Granit nachgeahmt werden soll : die Imitation gerade dieses Gesteins war das bisher unerreichte Ziel der Kunststeinindustrie, indem die Herstellung einer guten Imitation dieser Natursteine auf scheinbar unüberwindliche Hindernisse stiess. Zu diesem Zwecke wird das Werkstück, welches aus schwarz-schwedischen Granitkörnern und Tonerdezement besteht, zunächst mit grober, mittlerer und feiner Stahlkörnung unter Anwendung von Rundschleifmaschinen geschliffen. Praktisch erscheint eine Bearbeitung von Hand wegen der Härte des Materials ausgeschlossen.
Nach diesem Vorschleifverfahren wir'd eine Mischung von einem Teil Tonerdezement und drei Teilen schwarzen schwedischen Granitstaubes unter Zugabe von Wasser hergestellt und diese Mischung auf das nasse Werkstück trocken aufgestreut und mit einem glatten Steinstück (Granit) in die noch bestehenden Poren zwischen den Hartgesteinskörnungen der angeschliffenen Fläche eingerieben, bis keine Pore mehr sichtbar ist. Nachdem diese "Ausspachtelung" 12 Stunden erhärtet ist und weitere l-1% Tage mit Wasser bestäubt wurde, wird mit dem Schleifprozess fortgefahren, indem die Fläche nun wieder maschinell mit groben. mittleren und ganz feinen Carborundumkörnern oder Schmirgel geschliffen wird, bis sich ein matter Glanz einstellt.
Dieses Schleifverfahren mit Carborundumkörnern ergibt eine Fläche, bei welcher die abgeschliffenen Hartgesteinskörner um den Bruchteil eines Millimeters höher liegen als die sie umgebende Zementbettung. Die Differenz zwischen Bettung und Körnung wird nun mit Nitrocelluloselacken (beispielsweise von der Firma E. J. Du Pont de Nemours et Co., Detroit) ausgefüllt. An Stelle von Nitro-
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Manilakopalharz, welcher Asphalt, Graphit und pulverisierter Anthrazit sowie Granitstaub zugesetzt sein können, und ähnliche Harzkitte oder Feueremail verwendet werden. Alle diese Materialien sind ausserordentlich hart, in tiefschwarzer Farbe erhältlich und bis zu einem gewissen Grade selbst gegen konzentrierte Säuren widerstandsfähig.
Sie bilden also auf der an sich verhältnismässig säurebeständigen Zementschicht noch eine vollkommen säurefeste Schutzschicht und ergeben mit ihrer schwarzen Farbe in Zusammenwirkung mit der schwarzen Farbe der schwedischen Granitkörnungen eine wirklich tiefschwarze polierfähige wetterfeste Oberschicht. Schliesslich kann auch, wenn gewünscht, die Nitrocelluloseschichte noch durch Behandlung mit Polierwasser oder Polierpasten oder geeigneten Polierpulvern auf Hochglanz gebracht werden. Bei Imitationen von natürlichen schwarzen Syeniten, Gabbro, Labrador u. dgl. wird in gleicher Weise verfahren, nur dass statt der schwarzen schwedischen Granitkörnungen solche von Syenit, Diabas, Labrador u. dgl. verwendet werden.
Da durch die Schutzschicht der Zement vollständig in der Oberfläche überdeckt ist, kann man ferner trotz dunkler Zementfarbe beliebig färbige und selbst weisse Granitimitationen herstellen. Soll ein brauner schwedischer Granit nachgebildet werden, so wird nach der bereitsgeschilderten Ausspachtelung und Fortsetzung des Schleifvorganges bis zu jenem Punkt, wo die abgeschliffenen Hartgesteinskörner um ein eringes höher als die Zementbettung liegen, ein weiterer Schleifprozess mit einer Carborundumscheibe vorgenommen. durch welchen die Granitkörner mit der Zementbettung in eine Ebene gebracht werden. Die bräunliche Farbe des Tonerdezementes entspricht der Naturfarbe des braunen schwedischen Granits, so dass weitere Massnahmen zwecks Färbung unterbleiben können.
Poliert werden die Hartgesteinskörnungen im Kunststein in gleicher Weise wie das natürliche Gestein, unter Verwendung von feingeschlämmtem Carborundum.
Tripel, Zinnasche od. dgl. Die Polierung der Hartgesteinskörner an der Oberfläche erfolgt zweckmässig vor der Ausfüllung der Poren, woran sich eine Politur der aufgefüllten Zementoberfläche schliesst.
Die Verwendung von Tonerdezement zur Herstellung von schnellbindenden und frostsicheren Betonen unter Zuschlag von grobem, mittlerem und feinem Schotter bzw. Maurersand ist bekannt. Hauptsächlich werden in dieser Weise beanspruchte Pfeiler, Widerlager, Maschinenfundamente, Rohrleitungen, Futtersilos, Kanäle, Bassins, Gerbgruben, Rübenwäschen, Behälter für chemisch aktive Stoffe usw. hergestellt. Grobe Bruchstücke oder auch runde Körner, wie Kiesel und Sand, sind aber für die Imitation von Natursteinen unbrauchbar.
Ferner ist in der französischen Patentschrift Nr. 609550 ein Verfahren zur Herstellung von Zementsteinen mit glänzender, dem Aussehen keramischer Waren entsprechender Oberfläche beschrieben, gemäss welchem man tonerdehaltige Zemente auf eine polierte oder emaillierte Oberfläche, wie Glas, Porzellan, von Zement nicht angreifbare Metalloberflächen u. dgl., giesst und sie in Berührung mit diesen Oberflächen der Abbindung und Erhärtung überlässt ; die erhaltenen Formstücke weisen an der Oberfläche Politur und Hochglanz auf, die einer "Verglasung" vergleichbar sind.
Bei der Herstellung solcher Zementsteine kann man dem Zement auch verschiedene Zuschläge beifügen, wie Sand, Körnungen verschiedener Art, Gesteinstrümmer, metallische Abfälle, Fasern und Asbeststaub sowie ähnliche Produkte. Auf diese Weise soll die Möglichkeit gegeben sein, der Oberfläche das natürliche Aussehenvon Marmor, von natürlichen Zeichnungen, Schattungen und Kristallisation zu geben, wobei der Mischung auch geeignete Farbstoffe einverleibt werden können. Solche Zementsteine können aber, ob mit oder ohne Zuschläge hergestellt, das Aussehen natürlichen Hartgesteins nicht zeigen, da die äusserste Schichte dieser Steine ausschliesslich aus Zement besteht.
Selbst wenn aber in die Oberfläche Zuschläge gelangen sollten, was dem Sinn dieses bekannten Verfahrens widerspräche,
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so kann doch die charakteristische Kristallstruktur des natürlichen Hartgesteines nicht auftreten.
Ebensowenig kann die aus Zement bestehende Oberfläche jene Beständigkeit der Obert1ächenschicht gegen Einflüsse jeder Art zeigen, welche die Kunststeine gemäss der Erfindung aufweisen. Erst auf
Grund der neuen Erkenntnis, dass die Verkittung von Harfgesteinskoi'nungen mit Tonerdezement die Bearbeitung des erhaltenen Kunststeines nach Art des natürlichen Hartgesteines ermöglicht, konnte zu dem Vorschlag führen, einen solchen Kunststein mit in der Oberflächenebene durchschnittenen Hartgesteinskörnungen herzustellen, und erst damit war die Aufgabe, ein künstliches Hartgestein xu schaffen, welches dem natürlichen entspricht, gelöst.
PATENT-ANSPRÜCHE : ]. Künstliches Hartgestein, das natülriches Hartgestein nachahmt, bestehend aus Tonerdezement und mineralischen Körnungen, ausgenommen Quarz und Quarzit, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche im wesentlichen aus in der Oberflächenebene des Steines durchschnittenen Hartgesteinskörnungen, zweckmässig von einem Durchmesser unter 10 nun, gebildet ist, die durch Tonerdezement miteinander verkittet sind.