DE2225485A1 - Verfahren zum herstellen von kunstbeton-bauteilen - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH 8 MÖNCHEN 22,

ι ■ i# /Muipriiui kiLi Steinsdorfstraße 10

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN _TeIefon. ₍₀₈₁₁, .₂₉₆₆₈₄ Dr. rer. nat.W. KORBER

PATENTANWÄLTE ²^- ^i 1972

goiiraves ag 2225485

OH-8052 Zürich/Schweiz
Schaffhauserstr. 58o

Pat ent anmeldung

Verfahren zum Herstellen von Kunstbeton-Bauteilen

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von formstabilen und tragfähigen Kunstbeton-Bauelementen durch Verkleben eines Gemenges von harten Mineralkörnern mit beigemischtem, thermisch aushärtbarem ■ Kunstharz unter Druck- und Wärmeeinwirkung in einer druckfesten JPorm bis zur Bildung einer monolythi sehen, ausgehärteten Korngefügestruktur.

Bei bekannten Verfahren dieser Art werden als Gemenge von harten Mineralkörnern vorzugsweise Sand-Kies-Gemenge z.B.

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Seesande mit gerundeten Körnern oder Bruchsand, z.B. Quarzoder Kalkstein-Bruchsand und beigemischten Kies- oder Blähton-Körnern verwendet. Für mehr als 50, vorzugsweise für 90 Gewichtsprozent der Körner sollen dabei die Durchmesser im Bereiche von 0,05mm bis 0,5mm liegen. Die grösseren Körner haben mit Vorteil Durchmesser im Bereich von lmm bis 5mm. Der Staubahteil soll möglichst gering sein, weil Gesteinsstaub zur Festigkeit des Endproduktes nicht beiträgt und viel Harz aufsaugt. Im wesentlichen entspricht also das Korngrössen-Spektrum demjenigen für vorfabrizierte mit hydraulisch abbindendem Zement gebundene Betonbauteile . Als Kunstharz werden vorzugsweise thermisch aushärtende Duroplaste ohne saure Härterzusätze verwendet. Für kalkfreie Sand-Kiesgemenge sind gegebenenfalls saure Härterzusätze zur Beschleunigung der Aushärtung brauchbar.

Soweit das Mxneralkorngemenge voraussetzungsgemass als in sich dichtes Korngefüge über grossflächige und zusammenhängende, ausgehärtete Kunstharzschichten zu monolythischen Strukturen verbunden ist, können Kunstbeton-Bauelemente im Vergleich zu hydraulisch gebundenen Zementbeton-Bauelementen entsprechender Kornzusammensetzung ähnliche Druckfestigkeiten und wesentlich höhere Biege-Zugfestigkeiten haben, Ausserdem zeichnen sich warmgehärtete Kunstharzbeton-Bauelemente im Vergleich zu Zementbeton-Bauteilen durch

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bessere Beständigkeit gegenüber klimatischen Umweltsbedingungen und allgemeine Alterung aus, speichern praktisch keine Feuchtigkeit und haben dank dem ähnlichen Gewicht ähnliche Schalldämmungseigenschaften wie Zementbeton-Bauteile.

Trotz dieser vorteilhaften technischen Eigenschaften konnten bisher vorfabrizierte Kunstbeton-Bauelemente in der Bautechnik nur relativ wenig Anwendung finden. Dies vor allem wegen ihres im Vergleich zu Bauteilen aus Zementbeton, Gips, gebranntem Ton und ähnlichen Naturbaustoffen hohen Gestehungspreises. Dabei ist z.T. der höhere Gestehungspreis für Kunstbeton-Bauteile durch den im Vergleich zu Zement Gips usw. etwa 10 mal höheren Kunstharz-Kilopreis bedingt. Auch die Material-Verarbeitungskosten zur Herstellung von Kunstbeton-Bauelementen, bedingt durch die thermische Aushärtung unter Druck, ist grundsätzlich höher als für gegossene bzw. gestampfte Zementbeton- auch Gipsplatten.

Notwendige Voraussetzung für eine relativ häufige Verwendung von Kunstbeton-Bauelementen im Baugewerbe wäre es, durch eine wesentliche Vereinfachung bzw. Verbilligung des Herstellungsverfahrens Mauern, Zwischenwände, Böden und Decken unter Verwendung von Kunstbeton-Bauelementen zu konkurrenzfähigen Fertigpreisen in der erforderlichen Güte

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anzubieten. In dieser Hinsicht schafft die vorliegende Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik wesentlich günstigere Vorbedingungen. Nach dem bekannten Stand, der Technik wird dem als billiges Ausgangsmaterial verwendeten, losen Mineralkorngemenge/ d.h. einer Sand-Kies-Mischung, flüssiges Kunstharz im Ueberschuss, d.h. zu einem Anteil von 20. und mehr Gewichtsprozent, bezogen auf das Totalgewicht des Endproduktes, beigemischt. So ist es nämlich technisch nicht schwierig, die infolge des Harzüberschusses fliessfähige Mineralkorn-Kunstharz-Mischung in Formen genügend zu verdichten, um eine lunkerfreie Mischung in der Form zu«erhalten, die sich unter Wärmezufuhr zu einer monoIythischen Struktur erforderlicher Festigkeit aushärten lässt.

Abgesehen davon, dass, wie vorstehend erläutert, für die industrielle Herstellung von Platten und anderen für den Hausbau verwendbaren.Bauelementen die Verwendung von Kunstharz zu einem so hohen Gewichtsanteil aus Materialpreisgründen untragbar ist, wirkt sich ein so hoher Kunstharzgehalt auch nachteilig auf die Brandfestigkeit des Endproduktes aus.

Sofern aber nach dem Stand der Technik versucht würde, dem Gewichtsanteil des Kunstharzes im Sand-Kies-Gemenge wesentuch zu verringern, vorzugsweise auf Werte von weniger als 10 Gewichtsprozent, entsteht ein relativ trockenes Korn-Kunstharz-Gemisch, das sich in einer Form nur unter extrem

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hohem Pressdruck soweit verdichten lässt, dass der Forminhalt bei nachfolgender Erwärmung zu einer monoIythischen Struktur mit der erforderlichen Festigkeit aushärtet. Diese hohen Verdichtungsdruckwerte für harzarme und darum relativ trockene Mineralkorn-Gemenge sind dadurch bedingt, dass die Mineralkörner sich örtlich zu sperrenden Kornbrücken verkeilen, welche durch die von aussen einwirkende» Presskräfte' zertrümmert werden müssten. Das setzt bei,normalen Plattendicken von 5 bis 10cm Flächendruckwerte von 100 bis 500 Tonnen/m2 voraus. Grossflächige Pressmaschinen mit derart hohen Flächendrücken sind aber übermässig teuer und auch stark dem Verschleiss ausgesetzt. Dementsprechend könnten nach bekannten Herstellungsverfahren nur kleindimensionierte-Kunstbeton-Bauelemente mit relativ geringem Harzanteil einzeln nacheinander in brauchbarer Güte hergestellt werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Herstellungsverfahren für Kunstbeton-Bauelemente unter von aussen auf den Fbrminhalt ausgeübtem Pressdruck ist durch die damit unvermeidbar bewirkte Mass- und Form-Ungenauigkeit der hergestellten Bauelemente gegeben. Es bleibt nämlich weitgehend dem Zufall überlassen, auf welche Enddicken örtlich, und gesamthaft der Forminhalt unter äusserem Pressdruck zusammengepresst wird. Auf diese Weise ergeben sich z.B.

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bei Solldicken von 60mm Abweichungen von 2 und mehr Millimetern, d.h. die auf die bekannte Art hergestellten Kunstbeton-Bauelemente werden nicht form- und massgenauer als entsprechende Bauelemente aus Zementbeton, Gips und Ton. Die mit so ungenauen Bauelementen hergestellten Mauern, Zwischenwände, Böden und Decken müssen vor dem Endgebrauch verputzt bzw. ausgeebnet werden. Wünschenswert wäre es darum, Kunstbetonbauelemente ohne kostspieligen Mehraufwand so mass- und formgenau herstellen zu können, dass eine Nachbearbeitung der damit erstellten Gebäudeflächen nicht mehr notwendig wäre. Zur Behebung der vorstehend erläuterten Nachteile bekannter Herstellungsverfahren für Kunstbeton-Bauelemente soll die Erfindung zwei wesentliche Aufgabenziele realisieren:

Auch bei einer Verminderung des Harzgehaltes einer Mineralkorn-Kunstharzmischung auf weniger als 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Totalgewicht des Endproduktes, soll das erfindungsgemässe Verfahren ohne notwendige Einwirkung von

hohen, äusseren Presskräften auf den Forminhalt dessen Verdichtung und Verfestigung zu einer monolythischen Struktur mit entsprechend guter, garantierbarer Druck- und Zugfestigkeit in wirtschaftlicher, für die industrielle Massenfertigung geeigneter Weise ermöglichen.

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Ausserdem soll ein nach vorstehender Aufgabenstellung verbessertes Verfahren auch hinsichtlich der Mass- und Formgenauigkeit der hergestellten Kunstbeton-Bauelemente
relativ zum Stand der Technik wesentliche Verbesserungen
erbringen.

Diese beiden Erfindungsziele können beim bekannten Verfahren zum Herstellen von formstabilen und tragfähigen
Kunstbeton-Bauelementen durch Verklebung eines Gemenges von harten Mineralkörnern mit beigemischtem, thermisch aushärtbaren Kunstharz unter Druck- und Wärmeeinwirkung in einer
druckfesten Form bis zur Bildung einer monolythischen, ausgehärteten Korngefügestruktur erfindungsgemäss dadurch realisiert werden, dass der losen Masse von Mineralkörnern in
relativ geringem Gewichtsanteil ein feirikörniges Granulat
von innerhalb eines vorbekannten Blähtemperaturbereiches
unter innerer Druckentwicklung zu wesentlich voluminöseren, formelastischen Schaumstoffkörnern aufblähbarem Kunststoffmaterial sowie als Kunstharz ein ungehärtetes Duroplastharz, das innerhalb des·genannten Blähtemperaturbereiches zu
gelieren beginnt und bei höheren Temperaturwerten vollständig aushärtet, bis zur homogenen Komponentenverteilung beigemischt werden und dass mit der Totalmischung der Formhohlraum gefüllt und der Forminhalt nach druckfester Verschliessung der Form zuerst auf den Blähtemperaturbereich und an-

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schliessend auf die höhere Aushärtetemperatur des Kunstharzes erhitzt wird. Vorzugsweise wird ein homogenes Gemisch in eine nach dem Verschliessen noch wasserdampfdurchlässige Form eingefüllt, das mindestens 85 Gewichtsprozent Mineralkörner, höchstens 5 Gewichtsprozent ungeblähtert Polystyrolgries und höchstens 10 Gewichtsprozent eines flüssigen, im Blähtemperaturbereich des Polystyrols (90⁰C bis 110⁰C) gelierenden und bei höheren Temperaturwerten (ca. 130⁰C bis 150⁰C) thermisch aushärtbaren Phenol-Formaldelyd-HarzÄdes einstufigen Resole-Types enthält, wobei das Harz/bezogen auf die flüssige Harzmenge,höchstens 20% an flüchtigen Bestandteilen (Alkohol + Wasser) enthält,

Es sind aber ausser Phenol-Formaldelyd-Harzen auch andere Harze, verwendbar. Beim erfindungsgemässen Verfahren blähen sich nach Erwärmung des Forminhaltes auf den Blähtemperaturbereich die in der Mineralkörnermasse gleichmassig verteilten Körnchen des blähfähigen Kunststoffmaterials z.B. Polystyrolgries, unter Druckentwicklung zu wesentlich voluminöseren und formelastischen Schaumstoffkörnern auf. Diese örtlich voneinander nur um kleine Distanzen von etwa 1 bis 3mm entfernten blähfähigen Partikel vermögen beim Aufblähen die benachbarten Mineralkörner örtlich zu verdichten und flächig aneinander anzupressen, wobei das noch weiche Kunstharz die zusammenhängenden kleinen Spalträuir.a zwischen aneinander angepressten Mineral-

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körnern einerseits und den sich bildenden, etwas grössere Lunkerräume im Korngefüge ausfüllenden Schaumstoffkörnern anderseits vollständig auszufüllen vermag. Gleichzeitig wird unter Wirkung des so erzeugten inneren Blähdruckes der Forminhalt sowie ein Teil des Harzes überall von innen her an die Wände des Formhohlraumes angepresst, wodurch gesichert wird, dass der Forminhalt genau die Masse und die Form des Formhohlraumes annimmt.

Da voraussetzungsgemass das Harz noch innerhalb des Blähtemperaturbereiches zu gelieren bzw. sich zu verfestigen beginnt, und erst mit der Zeit und/oder bei allmählicher Temperaturerhöhung zu fortwährend höherer Festigkeit aushärtet, schadet es nicht, wenn gegebenenfalls bei wesentlich höherer Endtemperatur zur optimalen Harzaushärtung die vorher örtlich aufgeblähten Schaumstoffkörner thermisch zerstört werden und damit ihre vorher wichtige örtliche Stützfunktion nicht mehr erfüllen, weil bis dahin die monolythisch zusammenhängende Kunstharzklebeschichten schon eine ausreichende Festigkeit erreicht haben, um eine Selbstlockßrung des Korngefüges in der geschlossenen Form zu verhindern. Nach vollständiger Aushärtung des Kunstharzes haben die Schaumstoffkörner sowieso keine stützende Funktion mehr zu erfüllen. Sie sind aber auch nicht schädlich, sofern der Mineralkorn-Kunstharzmischung nicht übermässig hohe Gewiohtsanteile des blähfähigen Kunststoffmaterials

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beigemischt werden, z.B. mehr als etwa 5-10 Gewichtsprozent. Die nach allfälliger thermischer Zerstörung der geblähten Schaumstoffkörner im Korngefüge übrig bleibenden Hohlräume sind miteinander nicht durch Kapillarräume verbunden, so dass das fertige Bauelement kein Wasser aufsaugt. Eine Zusammenpressung des Forminhaltes nach Verschliessung der gefüllten Form durch äussere Druckeinwirkung während der Harzaushärtung ist beim erfindungsgemässen Verfahren nicht nötig. Zum gleichmässigen Füllen des Formhohlraumes mit dem Mischgut können bekannte Stampfmaschinen gute Dienste leisten. Nach dem druckfesten Verschliessen können die gefüllten Formen in einem Ofen sich selbst überlassen werden. Wichtig sind dabei allerdings Mittel zur Erzwingung einer zeitlich programmierten Erwärmung der Forminhalte, beispielsweise um geschichtete Kunstbeton-Bauplatten herzustellen können, in die Pressform Mineralkorn-Gemische mit verschieden hohem Gehalt an blähbarem Granulat und/oder verschiedenem Korngrössen-Spektrum schichtweise eingefüllt und in einem Arbeitsgang unter Innendruckentwicklung thermisch ausgehärtet werden. So kann z.B. zur Herstellung einer 8cm dicken Platte eine erste Schicht, Feinsandschicht mit einem Harzgehalt von 8 Gewichtsprozent und 2 Gewichtsprozent Polystyrolgehalt in einer Dicke von 1-1,5cm, darüber eine Sand-Kies-Schicht, beispielsweise Blähtonkörner enthaltend, mit einem Harzgehalt von nur 5-6% und einem

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Polystyrolgehalt im 4 Gewichtsprozent in einer Dicke von 5-6cm und darüber noch einmal eine Schicht der erstgenannten Art eingebracht werden. Die fertige Platte wird feinstrukturierte Aussenflächen und eine gröber strukturierte Kernschicht aufweisen. Durch Zumischung von ,Mineralischen Fasern, z.B. Asbestfasern oder Glasfasern zu einem Gewichtsanteil von mindestens 2% bis 5% der Totalmischung kann die Zugfestigkeit des Endproduktes/ gegebenenfalls auch unter Harzeinsparung, beträchtlich gesteigert werden...

Das erfindungsgemääse Verfahren wird in beispxelsmassiger Ausführung in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 Eine offene Pressform beim Füllen des Formhohlraumes, mit einem Gemisch von Kies, Sand, thermisch blähfähigen Polystyrol-Grieskörnern und flüssigen thermisch gelierbarem und aushärtbarem Bindemittel, z.B. Polyurethan- oder Phenol-Harz.

Fig. 2 Eine gegen Innendruck widerstandsfähig verschlossene Pressform mit einer dichten Struktur, bewirkt durch die im Rahmen des Möglichen thermisch bewirkte Aufblähung der Polystyrol-Grieskörner zu formelastisch nachgiebigen unregelmässig geformten SjChaumstof fkörnern.

In beiden Figuren sind die Wandungen eines Plattenpressformhohlraumes 1, welcher z.B. Dimensionen von 50cm χ 50cm χ 6cm haben kann, mit 10 bezeichnet.

Gemäss Fig. 1 steht die Pressform 1 auf einer Vibratorplattform 2, um einigermassen gleichmässig und dicht bis zur Ebene E mit einem Gemenge 3 von Kies, Sand, blähfähigen Polystyrol-Grieskörnern und flüssigem thermisch aushärtbarem Kunstharz, z.B. Phenolharz, gefüllt zu werden.

Die Kies- und Sandkörner des Gemenges 3 sind, in einem massώtäblich vergrössarten Ausschnitt von Fig. 1, als leere Ringe dargestellt und mit 31 bezeichnet, während die darin vereinzelt enthaltenen, blähfähigen, dunkel schraffierten Polystyrolkörner mit 32 bezeichnet sind. Zur besseren Uebersicht ist die Kunstharzflüssigkeit nicht schraffiert.

Nach der Fig. 2 ist die gefüllte Form durch einen aufgeschraubten Dackel 11 verschlossen und zur Erhitzung des Formhohlraumes auf vorerst etwa 100 - 120° in einen Ofen oder zwischen Heizplatten Hl, H2, verbracht worden. Dabei quellen die Polystyrolkörner 32' unter Druck auf und verdichten in ihrer Umgebung das Kies-Sand-Kunstharz-Gemenge

i-

3¹. Nach eingetretener Gelierung und Erhärtung des Kunstharzes kann der Forminhalt zur Fertigaushärtung noch höher z.B. a³.if 150^wC erhitzt werden.

Gemäss Fig. 2 enthält wenigstens der Formdeckel 11 Löcher 110, welche bei geschlossener Form das Entweichen von Wasserdampf aus dem Formhohlraum erleichtern.

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Claims (4)

PATENTANSPRUECHE

1. Verfahren zum Herstellen von formstabilen und tragfähigen Kunstbeton-Bauelementen durch Verklebung eines Gemenges von harten Mineralkörnern mit beigemischtem, thermisch aushärtbaren Kunstharz unter Druck- und Wärme- -einwirkung in einer druckfesten Form bis zur Bildung einer monoIythischen, ausgehärteten Korngefügestruktur, dadurch gekennzeichnet, dass der losen Masse von Mineralkörnern in relativ geringem Gewichtsanteil ein feinkörniges Granulat von innerhalb eines vorbekannten Blähtemperaturbereiches unter innerer Druckentwicklung zu wesentlich voluminöseren, formelastischen Schaumstoffkörnern aufblähbarem Kunststoffmaterial sowie als Kunstharz ein ungehärtetes Duroplastharz, das innerhalb des genannten Blähtemperaturbereiches zu gelieren beginnt und bei höheren Temperaturwerten vollständig aushärtet, bis zur homogenen Komponentenverteilung beigemischt werden und dass mit der Totalmischung der Formhohlraum gefüllt und der Forminhalt nach druckfester Verschliessung der Form zuerst auf den Blähtemperaturbereich und anschliessend auf die höhere Aushärtetempe-

¹ - ι

ratur des Kunstharzes erhitzt wird.

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2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in eine nach dem Verschliessen noch wasserdampfdurchlässige Form ein Gemisch eingefüllt wird, das mindestens 85 Gewichtsprozent Mineralkörner, höchstens 5 Gewichtsprozent blähbares Polystyrolgries und höchstens 10 Gewichtsprozent eines flüssigen, im Blähtemperat-urbereich des Polystyrols gelierendem und bei höheren Temperaturwerten thermisch aushärtendem Phenol-Formaldelyd-Harzes des Resole-Types enthält, wobei das Harz, bezogen auf die flüssige Harzmenge, höchstens 20% an flüchtigen Bestandteilen enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass- in die Form verschiedene Schichten von Mineralkorngemischen mit unterschiedlich hohem Gehalt an blähbarem Granulat und/oder Harz und/oder verschiedenem Korgrössen-Spektrum eingefüllt werden und in einem Arbeitsgang unter Innendruck-Entwicklung thermisch ausgehärtet und mit einander einstückig verbunden werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Form Gemische eingefüllt werden, die zusätzlich Fasern in homogener und disperser Verteilung zu einem Gewichtsanteil von mehr als 2% enthalten.

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