DE1239229B - Verfahren zum Herstellen von Kunststoffbeton - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-17/01

1239 229
J 22121 VI b/80 b
18. Mi 1962
20. April 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoffbeton, der gegenüber bekannten Materialien verbesserte Giiteeigenschaften aufweist.

Es ist bereits bekannt, unter Verwendung poröser mineralischer Körner und Kunstharz Dämmstoffe zu erhalten. Auch ist ein Isolierstoff gegen Wärmegefälle aus einer hochporösen Masse bekannt, bei dem diese Masse aus hochporös gemachtem Polystyrol besteht, dem gegebenenfalls feste Substanzen, wie Sagemehl, Holz- oder Textilfasern, Aluminiumpulver od. dgl., beigegeben sein können.

Demgegenüber wird unter Kunststoffbeton im Sinne der vorliegenden Erfindung ein insbesondere für Bauzwecke verwendbares Betonmaterial verhältnismäßig hoher Festigkeit verstanden, bei dem der üblicherweise als Bindemittel verwendete Zement, z. B. Portlandzement, durch einen Kunststoff als Bindemittel ersetzt ist, die Zuschlagstoffe aber im wesentlichen die gleichen sind wie bei zementgebundenem Beton.

Auch Kunststoffbeton solcher Art ist bereits bekannt. So ist ein Kunststoffbeton bekannt, bei dem grobe Körnungen von hochporösem mineralischem Material als Zuschlagstoff verwendet und mittels eines Kunststoffes miteinander verkittet sind. Dieser bekannte Beton wird in der Weise hergestellt, daß die hochporösen Kornteile mit einem abbindefähigen flüssigen Kunststoff gemischt werden, worauf die so erhaltene Mischung, nachdem sie in eine Form eingebracht oder in anderer Weise geformt ist, dem Abbinden und anschließenden Erhärten überlassen wird. Weiterhin ist bekannt, Bauelemente aus harten porösen Kunststoffen in Bindung mit härtbaren Kunststoffen herzustellen.

Im Vergleich zu ähnlichen Betonarten, die andere Bindemittel enthalten, ist Kunststoffbeton, der in der angegebenen Weise hergestellt wird, säurebeständiger, weniger brüchig an den Kanten von geformten Körpern und neigt nicht zum späteren Schwinden. Der bekannte Kunststoffbeton hat aber die Nachteile, daß seine Feuerbeständigkeit begrenzt ist, und daß er infolge der Verwendung von Kunststoff teuer ist.

Durch die vorliegende Erfindung soll demgegenüber die Herstellung eines Kunststoffbetons ermöglicht werden, bei dem unter Aufrechterhaltung der günstigen Eigenschaften der bisher bekannten kunststoffgebundenen Betonarten weitere Eigenschaften, insbesondere seine Feuerbeständigkeit, verbessert sind.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein expandierbarer, abbindefähiger Kunststoff mit einem hochporösen, geschlossene Zellen auf-Verfahren zum Herstellen von Kunststoffbeton

Anmelder:

Internationella Siporex AB, Stockholm

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Paap, Dipl.-Ing. H. Mitscherlich
und Dipl.-Ing. K. Gunschmann, Patentanwälte,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Leo Torsten Ulfstedt, Stockholm

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 24. Juli 1961 (7603)

weisenden mineralischen Zuschlagstoff gemischt und darauf der Kunststoff zur Expansion und zum Abbinden gebracht wird.

Ein auf diese Weise hergestellter Kunststoffbeton weist außer einer erhöhten Feuerbeständigkeit ein besseres Wärmeisoliervermögen auf und ist außerdem gas- und wasserdicht. Dabei kann der Kunststoffbeton trotz der verbesserten Eigenschaften mit einem geringeren Kunststoffverbrauch hergestellt werden als die bekannten Arten von kunststoffgebundenem Beton.

Vorzugsweise enthalten die Zwischenräume zwischen den hochporösen Kornteilen des Betons expandierten Kunststoff derselben Art, wie er als Bindemittel verwendet wird. Der zum gegenseitigen Verkitten des groben Kornes des Zuschlagstoffes und zum Ausfüllen der Zwischenräume desselben dienende Kunststoff kann für sich allein oder auch als Mischung mit üblichen Zusätzen, wie z. B. Weichmachern, Füllmassen und/oder Farbstoffen, angewendet sein.

Der Zuschlagstoff für die Herstellung des Kunststoffbetons nach der Erfindung soll geschlossene Poren aufweisen und nicht zu grobkörnig sein, da sonst der Kunststoffbedarf steigt und einer der Hauptvorteile der Erfindung abgeschwächt wird. Besonders gute Ergebnisse werden mit einem Zuschlagstoff erhalten, der durch Erhitzen von gekörntem Ton, Schiefer, Schieferton od. dgl. bis zum Schmelzbeginn

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und anschließendes Blähen der Masse in hochporöse zu bewegen. Dies kann z. B. dadurch ermöglicht Kugeln mit glatter, glasiger Oberfläche hergestellt werden, daß ein im Zustand der Expansion befindwird. Ein derartiges Material wird üblicherweise als licher Kunststoff von unten in eine Schicht des expandierter Ton bezeichnet. porösen Zuschlagstoffes eingebracht und dem Ab-

Auch die Korngrößenzusammensetzung ist wesent- 5 binden überlassen wird. Bei Anwendung dieses Verlieh. Im Interesse eines niedrigen Bindemittelbedarfs fahrens kann der Zuschlagstoff auf dem Boden einer wäre die Verwendung eines Zuschlagstoffes mit Form oder eines Behälters mit nicht dicht schließenidealer Korngrößenzusammensetzung erwünscht, d. h. dem Deckel ausgebreitet werden, der an seinem einer Korngrößenzusammensetzung, deren Massen- Boden mit einer Zuführung für den Kunststoff vergewicht ein Maximum ist. Bei Verwendung eines io sehen ist.

Materials mit solch dichter Lagerung ist es jedoch Der expandierbare Kunststoff kann entweder ein schwierig, eine vollkommene Imprägnierung der thermoplastischer Kunststoff, z. B. Polystyrol, PoIy-Kornteile zu erreichen, und außerdem würde hierbei urethan, regenerierte Cellulose, Celluloseacetat, PoIydas Raumgewicht des Kunststoffes in dem engen vinylchlorid und Polyvinylacetat oder ein wärmehärt-Durchlaß zwischen den Kornteilen steigen, wodurch ig barer Kunststoff, z. B. ein phenolhaltiger oder harneine Verringerung des Kunststoffbedarfs nur schein- stoffhaltiger Kunststoff, sein,
bar eintreten würde. Die Expansion des Kunststoffes oder des Kunst-

Demgegenüber haben Versuche gezeigt, daß die Stoffmaterials kann mit den bei der Herstellung von

kleinste Korngröße des Zuschlagstoffes einen Durch- Schaumkunststoff bekannten Verfahren herbeigeführt

messer haben sollte, der nicht wesentlich unter 20 werden.

5 mm groß ist, und daß die Korngrößenabstufung Zum Beispiel kann dem Kunststoff bzw. dem

nach oben zweckmäßig so groß gewählt wird, daß die Kunststoffmaterial ein die Expansion bewirkender

freien Zwischenräume zwischen den Kornteilen be- Stoff beigegeben oder auch in dem Kunststoff verteilt

trächtlich größer als die Größe der Poren des diese werden, wenn dieser eine teigartige Konsistenz hat,

Zwischenräume ausfüllenden Kunststoffes ist. as worauf die Expansion vor oder nach dem Mischen

Es hat sich ferner als geeignet erwiesen, die mine- mit dem Zuschlagstoff erfolgen kann. Bei thermoralischen Körner mit einem besonderen Haftmittel zu plastischen Kunststoffen ist es zweckmäßig, den behandeln, damit die Haftung zwischen dem ver- Kunststoff in seinem vollständig polymerisierten Zuschäumten Kunststoff und den Körnern verbessert stand zu verwenden und ihn im geschmolzenen Zuwird. Als Haftmittel kann Polyvinylpropionat und 30 stand mit dem Expansionsmittel zu mischen. Jedoch Polymethylacrylsäureester (polymethylacrylic methyl- kann auch von dem Monomer oder einem Vorpolyester) verwendet werden. Das Haftmittel wird auf die merisat des verwendeten Kunststoffes ausgegangen Körner vorzugsweise in Form einer wäßrigen Dis- werden. Im letzeren Fall findet das Abbinden, das persion aufgebracht. zur Bildung der porösen Struktur notwendig ist, wäh-

Das Verfahren nach der Erfindung kann zum Her- 35 rend der porösen Polymerisation oder der fortdauernstellen von geformten Körpern in der Weise verwen- den Polymerisation statt, je nach dem Ausgangsdet werden, daß die Mischung aus expandierbarem material. Bei der Anwendung von wärmehärtbaren und abbindefähigem Kunststoff zu einem Körper be- Kunststoffen ist es andererseits zweckmäßig, ein flüsstimmter Abmessungen geformt und dann zum Ex- siges Vorkondensat des härtbaren Kunststoffes anzupandieren und Abbinden gebracht wird. Solche ge- 40 wenden, das mit dem blasenbildenden Mittel oder formten Körper können bewehrt sein, z. B. mit Be- Schaummittel und dem Kreuzbindungsmittel sowie wehrungsstäben versehen sein; die dichte Zellen- Katalysatoren gemischt wird, so daß der Kunststoff oder Porenstruktur des Materials wirkt sich dabei abbinden kann, nachdem die porige Struktur durch auch insofern vorteilhaft aus, als hierdurch das Expansion gebildet ist.

Rosten der Bewehrungsstäbe verhindert wird. Die 45 Es ist weiterhin möglich, in der Weise vorzugehen,

Bewehrung kann auch in anderer Weise erfolgen, daß ein Gas oder eine leichtsiedende Flüssigkeit, die

z. B. dadurch, daß Metallgaze oder Flechtgewebe bei Erwärmung leicht verdampft, in einem weichen

od. dgl., das nicht aus Metall zu bestehen braucht, in Kunststoff bzw. in einem weichen Kunststoffmaterial

den Beton eingebettet wird. Die gemäß der Erfindung unter Druck gelöst wird. Das in dieser Weise expan-

aus dem Kunststoffbeton geformten Körper können 50 dierbar gemachte Material wird dann zum Expan-

beispielsweise in Form von Platten, Steinen oder dieren und in Berührung mit dem hochporösen mine-

Blöcken, Stäben, Balken oder Träger, Rohren und rauschen Zuschlagstoff zum Abbinden gebracht.

Ringen usw. hergestellt sein. Mit etwas abgeschwächten Vorteilen kann das Ver-

Die Durchführung des Verfahrens nach der Erfin- fahren nach der Erfindung auch derart durchgeführt

dung kann in verschiedener Weise erfolgen. Zum 55 werden, daß ein Kunststoff oder Kunststoffmaterial

Beispiel kann der Kunststoff zusammen mit dem Zu- niedriger Viskosität durch mechanisches Umrühren

schlagstoff in einer Trommel durch Walzen durchein- verschäumt wird, worauf der erhaltene Schaum in

andergebracht und die Mischung in eine Form einge- Berührung mit dem Zuschlagstoff und der Kunststoff

bracht und dem Expandieren und Abbinden über- zum Abbinden oder das Kunststoffmaterial zum

lassen werden. Dieses Verfahren ist besonders zum 60 weiteren Reagieren beim Abbinden und zum Er-

Herstellen von geformten Körpern großer Abmes- härten gebracht wird.

sungen und bei Anwendung von Zuschlagstoffen Die Art und Weise, in der die porige Struktur des

feiner Korngrößenabstufung zu empfehlen und kann die Zwischenräume des hochporösen Zuschlagstoffes

ohne Schwierigkeit als laufendes Formverfahren ausfüllenden Kunststoffmaterials erzeugt wird, ist

durchgeführt werden. Die Mischvorrichtung kann 65 nicht von wesentlicher Bedeutung. Für die Erfindung

dabei eine übliche rotierende Mischtrommel sein. ist jedes Verfahren zum Erzeugen einer porigen

Das Mischen des Kunststoffes mit dem Zuschlag- Struktur des Kunststoffes und zum Stabilisieren dieser

stoff kann aber auch erfolgen, ohne den Zuschlagstoff Struktur durch Abbinden des Kunststoffes oder durch

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Polymerisation des Ausgangsstoffe, Kondensation weichen erfolgt, bis der Kunststoff aus der Ober- und/oder Brückenbildung beim Abbinden anwend- flächenschicht bis zu einer Tiefe von 10 bis 20 mm bar. Das Abbinden darf lediglich erst dann statt- verschwunden ist. Das Material ist dann durch eine finden, nachdem der Kunststoff mit dem Zuschlag- 10 bis 20 mm dicke Schicht geschützt, die nur aus stoff in Verbindung gebracht ist. 5 dem stark isolierenden porösen mineralischem Zu-Der bei Anwendung der Erfindung erzeugte Kunst- schlagstoff besteht. Die weitere Aufnahme von Hitze stoffbeton hat verschiedene interessante und wertvolle erfolgt dann außerordentlich langsam, und wenn das Eigenschaften. Das Raumgewicht ist etwa das gleiche Feuer nicht zu lange andauert, so wird der Kunstwie dasjenige des lose geschütteten Zuschlagstoffes. stoffbeton nur in einem solchen Maß in Mitleiden-Zum Beispiel wird bei Anwendung von expandiertem io schaft gezogen, daß er nach dem Feuer nur in irgend-Ton mit einem Raumgewicht von 350 kg/m³ und einer bekannten Weise einer Oberflächenbehandlung 30 ⁰Zo Hohlraumanteil zwischen den Körnern und unterworfen zu werden braucht, einem verschäumten Kunststoff mit einem endgültigen Raumgewicht von 25 kg/m³ ein kunststoffgebun- Beispiel 1 dener Beton erzeugt, der ein Raumgewicht von 15 In einem Mischer wurde 1 m³ expandierter Ton 357,5 kg/m³ hat und dessen Kunststoffbedarf nur aus im wesentlichen kugelförmigen Körnern mit einer 7,5 kg/m³ beträgt. Korngröße von 2 bis 3 cm einschließlich und einer Die Festigkeit des gemäß der Erfindung herge- Schüttdichte von 380kg/m^s eingebracht. Der stellten Kunststoffbetons ist in hohem Maß von dem Mischung wurden 6 kg einer Polyurethanschaum-Raumgewicht des expandierten Kunststoffes abhän- 20 Rohmaterialmischung beigegeben, die aus 100 Gegig. Bei Anwendung eines expandierten Kunststoffes, wichtsteilen einer Mischung aus Hydroxylgruppen dessen Raumgewicht entsprechend dem vorstehenden enthaltenden Polyestern, 140 Gewichtsteilen ToIu-Beispiel 25 kg/m³ beträgt, kann ein kunststoffgebun- ylendiisocyanat, 50 Gewichtsteilen Trichlormonodener Beton erzeugt werden, der für Bauzwecke fmormethan und einem geringen Anteil üblicher brauchbar ist und eine Druckfestigkeit von 10 bis 25 Aktivatoren bestand. Nach kurzem Umrühren der 20 kg/cm² sowie eine Zähigkeit und Härte an den Masse wurde diese in eine Form eingegossen. Infolge Kanten aufweist, die bei solchen Leichtstoffen nicht der eintretenden exothermen Reaktion steigt dabei üblich ist. Dabei beträgt die Druckfestigkeit von ex- die Temperatur über den Siedepunkt des Trichlorpandiertem Kunststoff bei dem angegebenen Raum- monofiuormethans (23,8° C) an und bewirkt eine gewicht von 25 kg/m³ nur 1 bis 2 kg/cm². 30 Verschäumung des Kunststoffes, so daß dieZwischen-Hinsichtlich der Durchlässigkeit gegen Gase und räume zwischen den kugelförmigen Kornteilen des Flüssigkeiten zeigt der nach der Erfindung herge- Zuschlagstoffes mit Kunststoff aufgefüllt werden, stellte Kunststoffbeton sehr wertvolle Eigenschaften; Nach 8 Minuten hatte der verschäumte Kunststoff auch ist er völlig unempfindlich gegen Wasser. Er ist vollständig abgebunden, worauf der fertiggeformte infolgedessen auch vollkommen frostbeständig und 35 Körper aus der Form herausgenommen und je nach frei von Bewegungen infolge Feuchtigkeit. Bei ge- Wunsch in Platten, Steine, Blöcke usw. zersägt eigneter Wahl des Zuschlagstoffes und des Kunst- werden konnte. Der fertige Beton hatte eine Quetschstoffes kann auch ein kunststoffgebundener Beton mit bzw. Druckfestigkeit von 13 kg/cm² und ein Raumbefriedigender Beständigkeit gegen Säure, z. B. gewicht von 386 kg/m³. Sein Wärmeisolierungsver-Schwefelverbindungen, erzeugt werden, die oft in der 40 mögen betrug 0,073 kcal/m/h/⁰ C. Luft in oder bei Industrieanlagen enthalten sind und

gegenüber den alkaligebundenen üblichen Beton- und Beispiel 2

Leichtbetonarten schädlich sind. Gesägte oder ge- Eine verschließbare Form, deren Wandungen für

schnittene Stücke des Kunststoffbetons haben Schnitt- einen inneren Überdruck bis zu 1,5 kg/cm² bemessen

flächen, die in der Hauptsache aus porösem minera- 45 waren, wurde mit expandiertem Ton gefüllt, dessen

lischem Material bestehen, dessen Poren in der kugelförmige Teilchen Durchmesser von etwa 0,7 bis

Schnittfläche durch den Schnitt geöffnet sind. In- einschließlich 2 cm hatten. Die Schüttdichte des

folgedessen haften Materialien, die auf diese Fläche Tones betrug 310 kg/m³ (Raumgewicht bei loser

aufgebracht werden, z. B. Gips oder Kitt, Sandmasse Schüttung), und die Form hatte einen Inhalt von etwa

od. dgl., auf diesen Flächen sehr gut. Auch können 50 0,3 m³. Sie konnte daher 93 kg des expandierten

vorgefertigte Verkleidungsschichten oder Platten Tones aufnehmen. Die Zwischenräume zwischen den

beim Herstellen des Betons auf diesen aufgebracht kugelförmigen Tonteilchen betrugen etwa 0,06 m³.

werden, wobei der Kunststoff zugleich als Klebe- Damit diese Zwischenräume mit verschäumtemKunst-

mittel zum Befestigen der Verkleidung dient. stoff mit einem durchschnittlichen Raumgewicht von

Wie bereits erwähnt, ist jedoch der überraschendste 55 30 kg/m^s gefüllt werden konnten, wurden 1,8 kg einer

Vorteil des gemäß der Erfindung hergestellten Kunst- Schaummaterial-Ausgangsmischung eingebracht; die

Stoffbetons in der großen Feuerbeständigkeit zu aus 115 Gewichtsteilen einer Mischung aus Hydroxyl-

sehen. Obwohl Kunststoffe der Pyrolyse schon bei gruppen enthaltenden Polyestern, 145 Gewichtsteilen

verhältnismäßig niedrigen Temperaturen unterworfen Diphenylmethandiisocyanat, 55 Gewichtsteilen Tri-

sind, hat sich gezeigt, daß die vereinigte Anwendung 60 chlormonofluormethan und einem geringen Anteil

von expandiertem Kunststoff und von hochporösen üblicher Aktivatoren bestand und durch eine kleine

Zuschlagstoffen gemäß der Erfindung ein Erzeugnis Öffnung im unteren Teil der Form injiziert wurde.

erbringt, das praktisch nicht entzündbar ist. In diesem Bei der Expansion des Kunststoffes wurden die Zwi-

Zusammenhang konnte die sehr interessante Beob- schenräume zwischen den kugelförmigen Tonteilchen

achtung gemacht werden, daß, wenn die Oberfläche 65 aufgefüllt. Nach einigen Minuten konnte die Form

eines Kunststoffbetonstückes dem Einfluß einer geöffnet und der starre Kunststoffbetonkörper aus

Flamme ausgesetzt wird, der Kunststoff von der er- ihr entnommen werden. Die Arbeitsweise nach

hitzten Räche zurückkriecht, wobei dieses Zurück- diesem Beispiel ist besonders geeignet, wenn der ge-

Claims (4)

formte Betonkörper nicht in kleinere Körper unterteilt werden soll, sondern die Form so ausgebildet und bemessen ist, daß der Betonkörper die gewünschten Abmessungen erhält. 5 Beispiel 3 In eine Form, die mit perforierten Wänden und mit Mitteln zum Verschließen versehen ist, wird zerkleinerter Leichtbeton in Stücken von etwa 10 bis einschließlich 50 mm eingebracht. Aus Polystyrol in Körnerform, dem sogenannter Petroläther als Expansionsmittel bei der Polymerisation zugesetzt worden ist, wird durch Dampfbehandlung des expandierbaren Polystyrols ein Zwischenprodukt erzeugt, das zum Aufteilen bzw. Aufblähen der Körner in hochporöse Kugeln mit Durchmessern von etwa 2 bis einschließlich 7 mm dient. Von diesem vorexpandiertem Polystyrol wird eine solche Menge in die Form eingebracht, daß die Zwischenräume zwischen den Leichtbetonteilchen ausgefüllt werden. Die Form wird dann in geschlossenem Zustand in eine Kammer eingebracht, die schnell unter einen Überdruck von 0,5 Atmosphären gesetzt wird. Unter der Wirkung dieses Überdruckes expandieren die Polystyrolkugeln weiter und füllen nunmehr die Zwischenräume zwischen den Leichtbetonteilen vollständig aus, wobei sie untereinander zu einer gleichmäßigen Schaumkunststoffmasse verbunden werden. Da in dieser Weise hergestelltes verschäumtes Polystyrol nur schwer an Flächen anhaftet, mit dem es bei der endgültigen Expansion in Berührung kommt, wird es vorzugsweise zusammen mit Zuschlagstoffen angewendet, deren Oberflächen, wie bei Leichtbeton, offene Poren haben. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffbeton, dadurchgekennzeichnet, daß ein expandierbarer, abbindefähiger Kunststoff mit einem hochporösen, geschlossene Zellen aufweisenden mineralischen Zuschlagstoff gemischt und darauf der Kunststoff zur Expansion und zum Abbinden gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus expandierbarem und abbindefähigem Kunststoff zu einem Körper bestimmter Abmessungen geformt und dann zum Expandieren und Abbinden gebracht wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff durch ein gaserzeugendes Mittel porös gemacht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff porös gemacht wird, indem ein in ihm gelöstes Gas zum Expandieren gebracht oder eine in ihm gelöste leichtsiedende Flüssigkeit in Dampf verwandelt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 964 217, 641 395;
deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1702 763;
»Stahl und Eisen«, 1953, S. 225 bis 227.

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