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Formkörper für Bauzwecke Die Erfidung betrifft einen Formkörper für
Bauzwecke, wie Platte, ProSil, Fertigbauteil od. dergl, aus armiertem Leichtbeton0
Formkörper aus Leichtbetonfinden in der Bautechnik vielfache Anwendung. Ihr Vorteil
liegt in dem geringen Gewicht der Konstruktionen und der guten Wärmeisolierung.
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Leichtbeton besteht au. porenhiltigem Matrial, das entweder durch
Verwendung porenhaltiger Zuschlagstoffe, wie Bims oder Blähton entsteht oder durch
Mischen gleichgrosser Körner mit geringer Mörtelmenge, so dass zwischen den Körnern
Hohlräume
verbleiben, durch Aufschäumen oder Aufblähen von hydraulisch
abbindenden Massen, wie Zementmörtel, Calciumhydrosilikaten od. dergl., wobei die
einzelnen Betonarten auch miteinander vermischt werden können.
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Formkörper aus leichtbeton werden üblicherweise nur in geringen Abmessungen
hergestellt. Die Zugfestigkeit des Betons ist gering und die daraus hergestellten
Formkörper können kaum auf Biegung beansprucht werden. Wegen der grossen Vorteile
des Leichtbetons hinsichtlich Gewicht und Wärmeisolierung hat man trotz vorstehend
erwähnter Nachteile versucht, Leichtbeton auch zur Herstellung grossformatiger Bauteile
einzusetzen. Zu diesem Zweck wurden dem Leichtbeton Armierungen aus Stahlstäben
oder Stahlgewebematten einverleibt, wie dies bei normalem Stahlbeton tiblich ist.
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Derartige mit Stahl armierte Leichtbetonformkörper haben sich nicht
bewährt, weil die Stahlteile in kurzer Zeit durch Korrosion ganz oder teilweise
zerstört werden. Bei nicht porenhaltigen normalen Betonmischungen tritt eine derartige
Korrosion nicht ein, weil der Stahl in dichte Betonmassen eingebettet ist, die keine
Poren enthalten und somit keinen Luftzutritt erlauben. Bei Leichtbeton kann das
Verrosten nur verhindert werden, wenn als Betongrundstoff ein solcher verwandt wird,
dessen Porosität durch Zuschlagstoffe, wie Bims, Blähton od. dergl. erzielt wird,
wobei gleiohzeitig durch einen hohen Mörtelanteil die erforderliche dichte Struktur
bewirkt wird. Armierte Leichtbetone dieser speziellen Zusammensetzung sind als Wandbaustoffe
geeignet, haben jedoch eine zu achlechte Wärmedämmung, um mit geringen Wandstärken
auszukommen. Gemäss den
bestehenden Vorschriften muss ein armierter
Leichtbeton ein Raumgewicht von mindestens 1 300 kg/m3 aufweisen, um als "dicht"
im Sinne eines zuverlässigen Rostschutzes der Armierung zu gelten. Ein solcher Beton
erfordert eine Wandstärke von 30 cm,-um eine ausreichende Wärmedämmung entsprechend
den Bauvorschriften für das Klima gebiet II in Deutschland zu erreichen.
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Man hat in der Praxis auch bereits seit einigen Jahren versucht, offenporigen
Leichtbeton mit Stahl zu armieren. Die in solchen Betonen eingebaute Armierung ist
jedoch dem Witterungsangriff durch Feuchtigkeit, Taupunktbildung und Oxidation ausgesetzt.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die Stahlarmierung widerstandsfähig zu
machen, z.B. durch Verzinken, Bituminieren od. dergl..
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Insbesondere die Hersteller von Gas- oder -Schaumbeton haben derartige
Versuche durchgeführt, ohne jedoch ein befriedliegendes Langzeitverhalten zu erzielen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, mit Armierung versehene Leichtbetonformkörper
für Bauzwecke zu schaffen, die durch Witterungseinflüsse, Feuchtigkeit Luftzutritt
bei offenporiger Struktur od. dergl. keine Korrosionsschäden an der Armierung erleiden
und mechanische Eigenschaften aufweisen, die die Herstellung grossformatiger Bauteile
und ganzer vorgefertigter Zellen für den Bau transportabler Wohnungen bzw. Fertighauseinheiten
gewährleistet.
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Erfindungsgemäss wird ein Formkörper dieser Art für Bauzwecke vorgeschlagen,
wie Platte, Profil, Fertigbauteil od. dergl., der aus armiertem Leichtbeton gefertigt
und dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus einen an sich bekannten und gfs.
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gefüllten offenporigen Leichtbeton besteht, mit einer Armierung aus
anorganischen Fasern und/oder Geweben, die ganz in ein alkalibeständiges Bindemittel
eingebettet sind, das gleichzeitig einen unlösbaren Verbund der Armierung mit dem
Leichtbeton bewirkt. Die Armierung besteht nach einer bevorzugten Form der Erfindung
aus solchen anorganischen Fasern oder Geweben, die aus Glas, Schlacke, Tonerde,
Kalkstein, Ölschieferabbrand, Basalt oder einem anderen natürlichen oder synthetischen
vulkanischen Gestein allein oder in Mischung nach einem der bekannt gewordenen Verfahren
hergestellt wurden.
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Das alkslibeständige Bindemittel besteht zweckmässig aus kolloidalem
Aluminiumoxid, kolloidaler Kieselsäure oder Aluminiumphosphat, des durch Austrocknung
erhärtet und nach dem Erhärten in Wasser nicht mehr lösbar ist. Der PH-Wert des
Bindemittels darf höchstens 6 - 8 betragen.
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Erfindungagemäss wird weiterhin ein besonders zweckmässiges Verfahren
zur Herstellung der Formkörper vorgeschlagen, nachdem zunächst ein Kernstück aus
Leichtbeton hergestellt wird, und dann die mit dem Bindemittel versehenen anorganischen
Fasern und/oder Gewebe aufgelegt und anschliessend durch Einwalken, Walzen oder
Spachteln fest mit dem Kernstück verbunden werden, wobei nach dem Trocknen des Formkörpers
Leichtbeton, Armierung und Bindemittel einen uns lösbaren Verbund miteinander eingehen.
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Die anorganischen Fasern bzw. Gewebe können nach einer bevorzugten
Ausführung des Verfahrens vor dem Auflegen auf das Leichtbetonkernstück mit- dem
anorganischen Bindemittel vorimprEgniert werden.
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In vielen Fällen ist es zweckmässig, die Fasern oder das Gewebe vor
dem Aufbringen zu spannen und in gespanntem Zustand mit dem Leichtbeton mit Hilfe
des Bindemittels zu verbinden. Die Armierung kann auf den frischen, noch nicht erhärteten
Leichtbeton aufgebracht werden.
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Der erfindungsgemässe Formkörper für Bauzweoke und das vorgeschlagene
Verfahren zu seiner Herstellung ermöglichen erstmalig die universelle Verwendung
von armiertem leichtbeton im Baugewerbe.
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Die bisher bei Stahlarmierung bestehende Korrosionsgefahr ist durch
die erfindungagemässe Zusammensetzung beseitigt. Die bekannte hohe Zugfestigkeit
anorganischer Fasern, insbesondere Glas- und Mineralfasern, ist zur Verbesserung
der mechanischen Eigenschaften nutzbar gemacht.
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Anorganische Fasern, wie Glas- oder Mineralfasern konnten bisher nicht
ohne weiteres iu Zement eingebettet werden. Derartige Fasern gehen zwar feste Verbindungen
mit Zement, Beton od. derglo ein, die so hergestellten Baustoffe sind Jedoch wegen
der Alkaliempfindlichkeit der Fasern nicht beständig. Zwischen alkalischen Stoffen,
wie Zement, Rblk, Wasserglas od. dergl. tritt bei allen bis heute bekannt gewordenen
Mineralfasern eine Reaktion ein, die zu mehr oder weniger grossen Korrosionserscheinungen
und damit verbundenem Verlust der Faserfestigkeit führt. Damit wird die Bindung
zwischen Zement und Mineralfasern langsam aufgelöst und die Armierung verliert ihre
ursprüngliche Funktion. Diese Reaktion kann zwar nach Art des Glases oder MInerals
mehr oder weniger verzögert nicht aber verhindert werden.
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Alkalireiche Gläser z.B. reagieren relativ schnell, während alkalifreie
Mineralien erst nach jahrwlanger Einwirkung angegriffen werden. Aus diesem Grunde
hat man anorganische Fasern nicht zur Armierung von Zement, Beton od. dergl. eingesetzt.
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Die erfindungsgemäss aufgebauten Formkörper weisen die vorstehend
genannten Nachteile nicht auf. Die als Armierung verwandten anorganischen Fasern
oder Gewebe werden nicht durch atmosphärische Einflüsse zerstört, die Fasern sind
so in das alkalibeständige, anorganische Bindemittel eingebettet, dass sie absolut
vor der Einwirkung alkalischer Bestandteile des Leichtbetons geschützt sind.
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Das Bindemittel geht gleichzeitig mit dem Leichtbeton auch noch nach
dessen Erhärten eine unlosbare Verbindung ein.
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Nach einer zweckmässigen ausführung des erfindungagemässen Verfahrens
wird das als Bindemittel vorgeschlagene kolloidale Aluminiumoxid, Aluminiumphosphat
oder Siliziumdioxid in wässriger Suspension auf die Fasern oder das Gewebe aufgetragen,
wobei auch Mischungen voratehender Stoffe verbrannt werden können. Um eine bessere
Festigkeit der glatten Oberflächen zu erzielen, ist es zweckmässig, die Bindemittel
in Abmischungen mit Füllstoffen zu verwenden, wie z.B. Quarzmehl, Talk, klaziniertem
Kaolin, kurzen Asbes-t£aßern oder Asbestmehl, Bariumsulfat oder einem anderen geeigneten
Stoff.
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Geeignete Bindemittelmischungen bestehen z.B. aus einem Gew-Teil Talkum,
der mit drei Gew-Teilen eines kolloidalen Aluminiumhydroxids oder Siliziumdioxids
mit ca. 30 Gew-% Feststoffanteil
zu einer homogenen Masse vermischt
wird. Ein weiteres zweckmäßiges Bindemittel besteht aus, einem Gew-Teil Asbestmehl
und drei Gew-Teilen kolloidalem Aluminiumhydroxid oder Kieselsäure mit ca. 3Q Gew-%
Feststoffanteil zu einer homogenen Masse vermischt. Geeignet ist auch eine Mischung
aus einem Gew-Teil Asbestmehl mit einem Gew-Teil Talkum, die mit 6 Gew-Teilen kolloidalem
Aluminiumhydroxid oder Kieselsäure mit ca. 30 Gew-% Feststoffanteil zu einer homogenen
Masse vermischt sind.
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Ein solches Bindemittel erhärtet schnell durch Aus trocknen und kann
durch Befeuchten nicht wieder erweicht werden. Es ist ebenso feuerfest wie leichtbeton.
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Der, Vorteil und Fortschritt der Erfindung liegt darin, dass erstmals
offenporiger Leichtbeton korrosionsfest armiert und zu grossformatigen Formteilen,
wie Platten, Rohreu, Raumzellen' Ferteigbauteilen usw. auch mit sehr dünnen Wänden
von geringem Gewicht verarbeitet werden kann.
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Die Wärmedämmung derartiger Stoffe ist sehr hoch.
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Die Armierung mit dem Bindemittel bildet eine zusammenhängende, porenverschliessenae
Oberfläche Porenfüllende Putzschichten können entfallen.
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Aussenflächen können z.B. mit Kunststoffrollputz unmittelbar überzogen
werden, Innenflächen ohne Spachteln usw. sofort tapeziert oder angestrichen werden.
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Es ist möglich, biegesteife Tafeln für Fassaden, Hellen usw. in grossen
Abmessungen herzustellen.
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Dazu werden bei auf Biegung beanspruchuten Bauteilen,
Schichten
mit unterschiedlicher Dicke aufeinander betoniert, so dass Druckzonen den statischen
Erfodernissen entsprechend gestaltet werden können, während die Zugbeanspruchung
durch beliebig starke Mineralfaserarmierung aufgefangen werden kann.
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Bei Verwendung von temperaturbeständigen Zuschlägen, z.B. Blähton
und Bindemitteln, z.B. Tonerdeschmelzzement, lassen sich Platten und Wände von ungewöhnlich
hoher Feue,rbeständigkeit herstellen. Die MIneralfaser ist zuzüglich selber feuerbeständig.
Damit ist auch das Problem des ausreichenden Schutses der Armierung im Brandfall
gelöst.
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Das folgende Ausführungsbeispiel zeigt die Herstellung von Platten
bzw. Beualementen mit verschiedenem Aufbau aber gleichartiger Armierung.
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Beispiel 1 Die Platte besteht aus dem Kern aus Einkornbeton sus leichtem
Schaumkies 8-16 mm 8 cm Zementgehalt 200 kg/m3 den Deckschichten aus Schaumkies
3-5 mm 2 cm Betonsand 0-3 mm + Zement 2 cm Oberflächenarmierung Glasgewebe Type
g/m²) Matrix gemäss oben beschriebener ) Zusammensetzung g/m²) 2x In eine im Betongewerbe
üblicherweise verwendete Form wird in flacher lege zuerst der Deckschichtbeton einer
Deckschicht eingefüllt und durch bekannte technische Massnahmen verdichtet, so dass
im verdichteten Zustand die vorgesehene Dicke von 2 cm erreicht wird.
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Dann wird der Kernbeton in Stärke von 8 cm eingebracht und ebenfalls
durch geeignete Massnahmen verdichtet. Zum Schluss folgt die zweite Deckschicht
in gleicher Art und Weise wie die erste. Der Formling wird sauber abgezogen und
geglättet. Nach dem Erhärten werden die Seitenteile abgenommen und der Formling
mit einer Schicht Matrix bestrichen. Das Mineralfasergewebe wird auf das Bauteil
,aufgelegt und die Matrix auf das Gewebe aufgetragen una durch Einwalzen, Spachteln
o.E. in das Gewebe eingearbeitet und durchgedrückt, so dass eine innige Verbindung
mit Faser und Untergrund entstehte Ebenso kann das Mineralfasergewebe mit der Matrix
durchtränkt und auf den Formling aufgelegt werden, fehlende Matrix wird ergänzt.
Durch Erhitsen mit Infrarotstrahlern wird das Bindemittel erhärtet. Die Austrocknung
kann ebenfalls. an freier Atmosphäre oder mit Heiß luft stattfinden.
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Nach Armieren der einen Seite des Formlings wird dieser mit seiner
Unterlagaplatte gewendet, so dass die armierte Seite unten liegt. Die Schalung wird
vom Formling entfernt und die nun oben liegende Unterseite in der beschriebenen
Weise mit Mineral.
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fasergewebe und Matrix armiert.
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In ähnlicher Weise lassen sich auch Platten aus Porenbeton armieren.
Die bereits vorgeformten und ausgehärteten Platten werden auf die beschriebene Art
erst auf einer Seite, dann auf der anderen Seite mit Armierung versehen.
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Ebenso ist es mglich, die Armierung mit geeigneten Vorrichtungen auf
den beiden Seiten gleichzeitig anzubringen. Eine solchermasaen behandelte Platte
hat den Vorteil, dass des Bindemittel die Poren
weitgehend abschliesst
und die Oberfläche beliebig behandelt werden kann.
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Zur besseren Durchdringung der Glasgewebefaser mit Bindemittel, um
eine zuverlässige Versiegelung des Gewebes gegen äussere Einflüsse, wie z.B. austretende
Alkalien aus dem Beton zu erreichen, kann erfindungsgemäss folgendermassen verfahren
werden: Das Gewebe wird in ein Bindemittel, wie beschrieben, aus kolloidalem Aluminiumhydroxid,
Aluminiumphosphat oder Siliciumoxid eingetaucht und durchtränkt. Der zu armierende
Beton wird mit der mit Fflllstoff versehenen Matrix porenftillend geglättet und
das durchtränkte Gewebe wird aufgelegt und die Matrix eingewalzt, wie oben beschrieben.
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Die Verwendung von Glasgewebe bringt aber noch andere Probleme. Bei
der allgemein bekannten Verstärkung von Kunststoffen mit Glasgewebe werden die Glasfasern
fest in den Kunststoff eingebettet. Bei Zugbeanspruchung wirken die Kräfte unmittelbar
auf die Fasern, ohne dass eine Veränderung des Gefllges erfolgt.
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Bei Verwendung des erfindungsgemässen Binders ist die Einbettung der
Faser in die Matrix nicht so intensiv, wie bei Kunststoff. Daher findet bei Zugbeanspruchung
erst eine Straffung und Einordnung der Faser statt, bevor die volle lest aufgenommen
werden kann. Während dieses "Steckvorganges" findet eine längenänderung der Armierung
atatt, die zu Verformungen des Baukörpers führen kann, ehe die Bruchgrenze erreicht
iat, Daher wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, das Mineralfasergewebe vorzuspannen
und im vorgespannten Zustand mit Hilfe der Matrix auf dem Betonkörper zu befestigen.
Die Befestigung bzw. Verbindung mit dem
Untergrund erfolgt in der
oben beschriebenen Weise.
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Ebenso ist es möglich, das Mineralfasergewebe vorzuspannen, iars gespannten
Zustand mit einer geeignetn Ausrüstung oder durch Vorbehandeln mit dem erfindungsgemäss
verwendeten kolloidalen Bindemittel zu verfestigen und in diesem Zustand, d.h. mit
geordneter gerichteter Faser, auf das zu bewhrende Bauteil mit der erfindungsgemässem
Matrix aufzubringen.