DE19810668A1

DE19810668A1 - Mineralisch gebundener Baustoff geringer Dichte und hoher Festigkeit sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19810668A1
Application number: DE1998110668
Authority: DE
Inventors: Rolf Hesch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-16

Abstract

Mineralisch gebundener Baustoff geringer Dichte und hoher Festigkeit sowie Verfahren zu seiner Herstellung, wobei Bestandteile nachwachsender Rohstoffe als Bewehrung und Leichtzuschlagstoff zum Einsatz kommen. Zur Steigerung der Festigkeit wird dem Leichtzuschlagstoff durch mechanische Maßnahmen ein erhöhter Schlankheitsgrad vermittelt und die Oberfläche angefasert.

Description

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen mineralisch gebundenen Baustoff unter Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen bereitzustellen, der sich durch geringe Dichte, gute Wärmedämmung, Schwerentflammbarkeit und besonders hohe Festigkeit auszeichnet.

Es gibt eine Reihe von mineralisch gebundenen Werkstoffen, z. B. zement- und gips gebundene Holzspanplatten und Faserplatten, Gipskartonplatten, magnesitgebundene Holzspanplatten. Weiterhin werden in kleinerem Maße auch mineralisch gebundene Platten und Bauteile mit Bewehrungen durch Glasfasern hergestellt. Diese Werkstoffe haben den gemeinsamen Nachteil, daß eine befriedigende Festigkeit nur durch hohe Verdichtung erreicht werden kann. Die Dichten liegen zwischen 1.000 und 1.300 kg/m³.

Holzwolleplatten sind mit Dichten zwischen rund 350 und 550 kg/m³ sehr viel leichter und dämmen entsprechend besser, aber sie haben eine geringe bis sehr geringe Festigkeit und eine rauhe Oberfläche. Ihre Funktion ist in erster Linie die eines Putzträgers und/oder Dämmstoffes.

In dem Bestreben, mineralisch gebundene Faserbaustoffe leichter zu gestalten, werden in der industriellen Praxis Leichtzuschlagstoffe, vorwiegend expandierter Glimmer zuge geben, aber auch Polystyrol und Korkgranulat u. a. Durch sie können die Dichten zwar bis auf ca. 800 kg/m³, z. T. auch darunter gesenkt werden, aber die Festigkeit sinkt da bei umso stärker ab, je stärker die Dichte abgesenkt wird. Ursachen für die geringe Festigkeit sind einerseits, daß expandierte Glimmer, Polystyrolkugeln etc. eine schlechte Anbindung an die Matrix ergeben, andererseits aber auch, daß sie einen sehr geringen oder gar keinen Schlankheitsgrad aufweisen.

Da mineralisch gebundene Faserplatten als "Fasern" überwiegend auf Altpapierfasern, teilweise auch Primär-Zellstoff zurückgreifen, welche nur sehr geringe Faserlängen um 1 bis 3 mm aufweisen, gibt es auch Versuche, eine Bewehrung durch längere Glasfasern, Polymerfasern etc. durchzuführen, um dadurch Festigkeit zu begründen. In der Praxis haben sich dabei Probleme mit unzureichender Anbindung der Fasern an die minera lische Matrix bisher als schwer überwindbar herausgestellt, u. a. weil die Qberflächen der Fasern zu glatt sind und keine mechanische Verankerung in der Matrix ermöglichen.

Erfindungsgemäß soll die Aufgabe, hohe Festigkeit mit geringer Dichte, guter Wärme- und Schalldämmung und Schwerentflammbarkeit zu erreichen, dadurch gelöst werden, daß als Leichtzuschlagstoff und Bewehrung zugleich nachwachsende Rohstoffe von sehr geringer Dichte aber mit ausgeprägter Faserstruktur ergänzt durch mittellange bis lange Naturfasern verwendet werden. Besonders gut eignen sich hierfür die Bestandteile der Halme von Hanf, Kenaf, Jute u. a. Der holzartige Kern der Halme weist Rohdichten zwischen 200 und 300 kg/m³ auf, ist also nur etwa halb so schwer wie die leichtesten europäische Nadelholzarten. Bei der Gewinnung der Fasern wird der Holzkern zu einem länglichen Granulat gebrochen, in dem größere Mengen an sehr zugfesten Kurzfasern des Bastes zwischen ca. 2 und 20 mm zurückbleiben. Zum Zwecke der erfindungsge mäßen Erzeugung von Bauwerkstoffen geringer Dichte ist dieses Granulat als Leicht zuschlagstoff sehr gut geeignet. Die Festigkeit läßt dagegen aufgrund der grobkörnigen Struktur mit geringem Schlankheitsgrad zu wünschen übrig. Weiterhin sind die Bruch flächen glatt, so daß die Anbindung an die Matrix nicht sehr intensiv ist. Die Festigkeit kann erheblich gesteigert werden, indem man das grobe Granulat durch schneidende oder scherende Verarbeitungsvorgänge oder einer Kombination beider weitgehend parallel zu seiner Faserrichtung zerlegt und dadurch einen hohen Schlankheitsgrad er zeugt. Gleichzeitig wird eine Homogenisierung der Geometrie der nunmehr schlanken Partikel erreicht, was eine wichtige Voraussetzung für eine gute Festigkeitsausbildung darstellt. Besonders wichtig für die Festigkeitsausbildung ist, daß bei der Zerlegung der groben Schäben zu schlanken Partikeln eine Aufrauhung bzw. Anfaserung der Ober fläche erfolgt, welche durch geeignete Maßnahmen, z. B. Erhöhung der Feuchtigkeit, gezielt gesteigert werden kann. Dies bewirkt eine innigere Verbindung zwischen Matrix und Leichtzuschlagstoff indem sich die Vielzahl der abstehenden, feinen Fäserchen der Oberfläche des Leichtzuschlagsstoffes in der Matrix einbetten und so eine innige me chanische Verankerung bewirkt wird. Durch Aufsprühen von geeigneten Versprödern, z. B. Wasserglas, können die Fäserchen zusätzlich stabilisiert und in ihrer Funktion ver bessert werden.

Es wurde bereits erwähnt, daß bei der Gewinnung von Bastfasern in der Regel ein ge wisser Anteil an Kurzfasern in den Schäben bleibt, die dann in einem weiteren Arbeits gang ausgesichtet werden, um sie z. B. als Rohstoff für die Papiererzeugung verwenden zu können. Diese Kurzfasern sollen für den Zweck der vorliegenden Erfindung im Gegen satz zum sonst üblichen nicht ausgesichtet werden, sondern sie sollen bei den Schäben verbleiben. Ihre Länge stellt ein Vielfaches der Faserlängen dar, die nach dem Stand der Technik zur Herstellung mineralisch gebundener Faserbaustoffe verwendet wird. Auch ihre Festigkeit ist bedeutend höher als die von nach dem Stand der Technik verwendeten Altpapierfasern oder Primärzellstoff. Sie stellen somit eine weitere Bewehrung zusätzlich zu den in beschriebener Weise aufbereiteten Schäben dar und eine erhebliche Steige rung der Festigkeit. Insbesondere ist die gekräuselte Form dieser Fasern geeignet, eine Bewehrung nicht nur parallel zur Oberfläche zu bewirken, sondern auch senkrecht und diagonal dazu. Dadurch wird nicht nur eine erhöhte Biegefestigkeit, sondern auch eine bessere Querzugsfestigkeit bewirkt.

Mineralisch gebundene Faser- und Spanwerkstoffe werden in Fachkreisen wegen ihrer Eigenschaften geschätzt, bei der immer größer werdenden DIY-Anhängerschaft sind sie dagegen vielen Vorbehalten ausgesetzt. Diejenigen Werkstoffe, die ausreichende Fes tigkeit aufweisen, so daß Kanten und Ecken nicht leicht wegbrechen, sind sehr schwer und ohne Hubmittel nur schwer zu handhaben. Sie können daher fast nur in gewerblichen Anwendungen Fuß fassen. Die leichten mineralisch gebundenen Werkstoffe, welche auch für nicht gewerbliche Zwecke leicht handlebar sind, weisen den Nachteil auf, daß sie leicht brechen, geringe Stützweiten erfordern und für lasttragende oder druck- und stoß belastete Anwendungen ausscheiden. Das Problem des hohen Gewichtes kann durch die erfindungsgemäße Herstellung unter Zufügung genannter Leichtzuschlagstoffe gelöst werden. Eine nennenswerte Steigerung der Festigkeit wird dadurch auch bewirkt. Erfindungsgemäß kann insbesondere die Biegefestigkeit aber noch weiter gesteigert werden, indem Langfasern von Hanf, Flachs, Öl-Lein etc. mit Längen bis 100 mm, vor zugsweise bis 50 mm zugefügt werden, insbesondere in die äußeren Zonen als eine Art Deckschicht. Aus Pflanzen gewonnene Fasern weisen eine rauhe Oberfläche auf, insbesondere, wenn sie ohne vorhergehende Röste erzeugt werden. Die Rauhigkeit fördert die Anbindung an die Matrix stark. Vorteilhaft ist es weiterhin, die Fasern als Wirrfaserlage aufzubringen, weil die Bettung der Faser dann bei Belastung nicht nur auf Zug beansprucht wird, sondern an Bögen und Windungen verstärkt gegen die Matrix gedrückt und so aufgrund erhöhter Faser/Matrix-Reibung besser vor dem Herausziehen aus der Matrix geschützt wird. Festigkeitssteigernd hat sich weiterhin erwiesen, die Wirrfaserlage mit einem Bindemittel zu beaufschlagen, welches die Fasern und Faser- Schäbenverbunde an ihren Kreuzungspunkten miteinander verkleben und so ein Netz werk bilden, welches bei Belastung ein Gleiten der Fasern gegeneinander verhindern und so ihre festigende Wirkung in der Matrix erhöhen. Letztlich können beträchtliche weitere Festigkeitsteigerungen erreicht werden, indem man ein Gewebe z. B. aus Jute, Hanf, Sisal oder synthetischem Material oder Nonwovens mit oder ohne Thermobonding, mit oder ohne Nadelung oder sonstige Verfestigungen in die Matrix einarbeitet, vorzugs weise in die Deckschichten. Dargelegte Maßnahmen zur Festigkeitserhöhung können zudem mit dekorativen Effekten kombiniert werden. Wird z. B. ein vorzugsweise lockeres Gewebe z. B. aus Jute, Sisal o. a. als äußere Deckschicht ein- oder beidseitig auf die mit Leichtzuschlagstoffen und Kurzfasern gefüllte Matrix aufgelegt und in die Matrix so eingepreßt, daß eine gute Haftung zu ihr entsteht ohne sie aber zu überdecken, so erhält man eine dekorative Strukturoberfläche, die nur noch eines Anstrichs nach Ein bau bedarf. Hohe Festigkeit und Schönheit werden so gleichzeitig erreicht. Rauhfaserta petenähnlich Effekte lassen sich bewirken, indem man in eine oder beide Deckschichten mit den bewehrenden Fasern auch in beschriebener Weise homogenisierte und ange faserte Schäben einbringt und nur so weit einpreßt, daß sie noch als Strukturoberfläche wirksam bleiben.

Eine weitere Möglichkeit insbesondere für die Herstellung von Fertigbauelementen be steht darin, eine oder beide Oberflächen in beschriebener Weise mit einem festeren Gewebe, Kraftpapier, Nonwoven o. ä. zu beschichten, um dieses dann als Band oder Scharnier zur Herstellung von Foldingelementen zu verwenden. Zu diesem Zweck wer den in Platten V-Nuten eingefräst nachdem die Rückseite vorher mit einem kräftigen Klebeband hinterklebt wurde. Die Fräsung geht bis aufs Klebeband, ohne dieses aber anzufräsen. Sodann wird ein hochfestes Bindemittel in die V-Nut eingebracht und die Flanken der Platte werden hochgeklappt, so daß die Fräsflächen aneinanderzuliegen kommen, verkleben und dann stabile U-Profile oder C-Profile bilden. Bei erfindungsge mäß mit Gewebe oder Kraftpapier o. ä. hergestellter Deckschicht ist eine Hinterklebung mit Klebeband nicht mehr erforderlich. Die bewehrende und/oder dekorative Oberflä chenbeschichtung kann die Funktion des Scharniers übernehmen.

Weitere Gestaltungsmöglichkeiten bei der Herstellung von mineralisch gebundenen Baustoffen gemäß dem Gedanken der Erfindung bestehen in der Variation der Feuch tigkeit in den unterschiedlichen Werkstoffschichten. Höherer Feuchtigkeitsgehalt fördert die Anbindung an die Matrix und verringert den Bedarf an Kompressionsdruck. Es wird eine größere Porenfreiheit erreicht bei geringem Druck. Umgekehrt erfolgt eine geringere Verdichtung bei geringerer Feuchtigkeit. Es bietet sich also an, die Mittelschicht nur so stark mit Feuchtigkeit zu versorgen, wie es der Kristallwasserbedarf unbedingt erfordert. Vor allem die Leichtzuschlagstoffe bleiben dadurch spröder und behalten ihr Volumen, werden also nicht verdichtet.

In den Deckschichten wird dagegen mit mehr Wasser gearbeitet als an Kristallwasser benötigt wird, um die mineralisch härtende Matrix geschmeidiger und besser fließend zu halten, die Anbindung zu fördern und auch mit geringem Druck leicht zu einer harten Schicht verdichten zu können.

Bevorzugt werden die Leichtzuschlagstoffe und Bewehrungsfasern vor der Formung der Bauwerkstoffe in das Matrixmaterial eingemischt oder bei der Formung selbst. Bei aus reichend spröden Fasern, Faser-Schäben-Mischungen und Faser-Schäben-Verbunden können aber auch sehr lockere, offene Vliese oder Matten erzeugt werden, in die rie selfähiges Matrixmaterial hineinfließen bzw. hineinrieseln kann. Verfahrenstechnisch ist das ebenfalls ein Weg zur Realisierung der erfindungsgemäßen Aufgabe mit all den Möglichkeiten des dargelegten Schichtaufbaus.

Leichtzuschlagstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen im Sinne des vorliegenden Schutzbegehrens sind auch leichte, parenchymhaltige Pflanzenbestandteile z. B. des Sonnenblumenstengels oder -tellers, der Maiskolben, der Maisstengel, wobei letztere auch einen wertvollen Faseranteil mit beträchtlicher Festigkeit enthalten. Auch aus einigen besonders leichten Holzarten, z. B. Pappel und Weide lassen sich Leichtzu schlagstoffe im Sinne vorliegender Anmeldung erzeugen, zumal sich Weide und Pappel im Zuge der Zerspanung bei richtiger Feuchtigkeit und gezielter Werkzeugauswahl in sehr vorteilhafter Weise kräuseln und eine faserige Oberfläche entwicklen, die beide die Haftung an die Matrix fördern.

Claims

1. Mineralisch gebundener Baustoff geringer Dichte und hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine mineralische Matrix durch Bestandteile nachwachsender Rohstoffe von geringer Dichte gefüllt und durch Fasern und/oder Faserbündel aus nachwachsenden Rohstoffen bewehrt wird.

2. Mineralisch gebundener Baustoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leichtzuschlagstoff zur Verminderung der Dichte leichte Bestandteile von nach wachsenden Rohstoffen wie beispielsweise Hanf-, Kenafschäben, Teile des Mais stengels oder Maistellers in die mineralische Matrix eingebunden werden.

3. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß den als Leichtzuschlagstoff einzubindenden Teilen nachwachsender Rohstoffe zur gleichzeitigen Erzielung einer guten Festigkeit durch mechanische Bearbeitung ein guter Schlankheitsgrad und eine Homogenisierung der Geometrie vermittelt wird.

4. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß den als Leichtzuschlagsstoff einzubindenden Teilen nachwachsender Rohstoffe durch Gestaltung des Feuchtigkeitsgehaltes und damit verbundener Plastizität und durch mechanische Bearbeitung eine rauhe, angefaserte Oberfläche zwecks besserer Anbindung an die Matrix vermittelt wird.

5. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das den nach Anspruch 4 angefaserten Oberflächen der Leicht zuschlagstoffen zur Stabilisierung der faserigen Oberfläche und Verbesserung der Anbindung an die Matrix fixierende und anbindungsfördernde Additive aufgebracht werden.

6. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß als Leichtzuschlagsstoffe zur gleichzeitigen Erhöhung der Festigkeit Schäben von Bastfaserpflanzen einschließlich der darin enthaltenen Kurzfasern als bewehrendem Bestandteil in die mineralische Matrix eingebracht werden.

7. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schäben als Leichtzuschlagstoff und die Fasern als bewehren des/festigkeitsteigerndes Element getrennt in die mineralische Matrix eingebracht werden.

8. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß zur weiteren Steigerung der Festigkeit zusätzlich zu den Schäben/Leicht zuschlagsstoffen und Kurzfasern zur weiteren Steigerung der Festigkeit Langfasern in die mineralische Matrix eingebracht werden.

9. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß er mehrschichtig mit unterschiedlichem Aufbau der Schichten auf gebaut ist.

10. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittelschicht bevorzugt mit Leichtzuschlagstoffen und Kurzfasern versetzt ist.

11. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Deckschicht/Deckschichten bevorzugt mit Langfasern zur Erzielung hoher Festigkeiten versetzt ist.

12. Mineralisch gebundener Baustoff nach dem Anspruch 1 und 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fasern der Deckschicht mit einem intensiv klebenden Bindemittel zwecks Verklebung an ihren Kreuzungspunkten und Verbesserung der Anbindung zur Matrix beaufschlagt werden.

13. Mineralisch gebundener Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß er ein- oder beidseitig mit einem fest mit der Matrix verbundenen verstärkenden, versiegelnden und/oder dekorativen Gewebe, einem Nonwoven oder anderem Flächengebilde versehen ist.

14. Verfahren zur Herstellung mineralisch gebundener Baustoffe geringer Dichte und hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine mineralische Matrix durch Bestandteile nachwachsender Rohstoffe von geringer Dichte gefüllt und durch Fasern und/oder Faserbündel aus nachwachsenden Rohstoffen bewehrt wird.

15. Verfahren zur Herstellung von mineralisch gebundenen Baustoffen nach dem An spruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtzuschlagstoffe aus nachwachsen den Rohstoffen und die Kurzfasern mit Additiven und dem Matrixmaterial vor der Formung der Platten/Formteile gemischt werden.

16. Verfahren zur Herstellung von mineralisch gebundenen Baustoffen nach den An sprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Langfasern bestehenden Deckschichten und das dazugehörige Matrixmaterial durch eigene Maschinen auf die mit Leichtzuschlagstoffen versetzte Mittelschicht ausgebracht werden.

17. Verfahren zur Herstellung von mineralisch gebundenen Baustoffen nach den An sprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Langfasern mit einem festigkeitserhöhenden Klebstoff versetzt werden, welcher die Fasern an ihren Überkreuzungspunkten dauerhaft verbindet und/oder die Anbindung an die Matrix fördert.

18. Verfahren zur Herstellung von mineralisch gebundenen Baustoffen nach den An sprüchen 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß den Deckschichten zwecks Plastifizierung Feuchtigkeit mit oder ohne Fließhilfsmitteln zugesetzt wird.

19. Verfahren zur Herstellung von mineralisch gebundenen Baustoffen nach den An sprüchen 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß rieselfähiges Matrixmaterial in ein offenes Vlies aus Fasern und Leichtzuschlagstoffen mit oder ohne vorausge henden Einbringung von Feuchtigkeit mit oder ohne Zufügung eines Klebstoffes eingerieselt wird.

20. Verfahren zur Herstellung von mineralisch gebundenen Baustoffen nach den An sprüchen 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen ein- oder beid seitig mit einem festigkeitserhöhenden, versiegelnden und/oder dekorativen mit der Matrix verbundenem Gewebe, Nonwoven oder sonstigem Flächengebilde versehen sind.