DE2225485C3 - Verfahren zum Herstellen von Kunstbeton-Bauelementen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen »on formstabilen und tragfähigen Kunstbeton-Bauele-Inenten durch Verkleben eines Gemenges von harten Mineralkörnern mit beigemischtem, thermisch aushärtfcarem Kunstharz unter Druck- und Wärmeeinwirkung In einer druckfesten Form bis zur Bildung einer inonoythischen ausgehärieten Korngefügestruktur.

Bei bekannten Verfahren dieser Art werden als Gemenge von harten Mineralkörnern vorzugsweise Sand-Kies-Gemenge z. B. Seesande mit gerundeten Körnern oder Bruchsand, z. B. Quarz- oder Kalkstein-Bruchsand und beigemischten Kies- oder Blähton-Körnern verwendet. Für mehr als 50, vorzugsweise für 90 ^₀ Gewichtsprozent der Körner sollen dabei die Durchmesser im Bereiche von 0,05 mm bis 0,5 mm liegen. Die größeren Körner haben mit Vorteil Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm. Der Staubanteil soll möglichst gering sein, weil Gesteinsstaub zur Festigkeit des _bfl 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 Härtezusätze verwendet. Für kalkfreie Sand-Kiesgemenge sind gegebenenfalls saure Härtezusätze zur Beschleunigung der Aushärtung brauchbar.

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

Trotz dieser vorteilhaften technischen bigenschaften 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 zum Teil der höhere Gestehungspreis für Kunstbeton-Bauteile durch den im Vergleich zu Zement, Gips usw. etwa lOmal 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 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 Überschuß, d.h. zu einem Anteil von 20 und mehr Gewichtsprozent, bezogen auf das Totalgewicht des Endprodukts, 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 monolythischen 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 wesentlich zu verringern, vorzugsweise auf Werte von weniger als 10 Gewichtsprozent,

entsteht ein relativ trockenes Korn-Kunst-Harz-Gemisch, das sich in einer Form nur unter extrem hohem Preßdruck so weit verdichten läßt, daß der Forminhalt bei nachfolgender Erwärmung zu einer monolythischen Struktur mit der erforderlichen Festigkeit aushärtet Diese hohen Verdichtungsdruckwerte für harzarme und darum relativ trockene Mineralkorn-Genxenge sind dadurch bedir=gt, daß die Mineralkörner sich örtlich zu sperrenden Kornbrücken verkeilen, welche durch die von außen einwirkenden Preßkräfte zertrümmert werden müßten. Das setzt bei normalen Plattendicken von 5 bis 10 cm 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 Forminhalt 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. bei Solldicken von 60 mm 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 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.

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 Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß einer losen Masse von mindestens 85 Gewichtsprozent Mineralkörnern

a) höchstens 5 Gewichtsprozent eines feinkornigen Granulats aufblähbaren Kunststoffmaterials,

b) sowie höchstens 10 Gewichtsprozent eines ungehärteten Phenol-Formaldehyd-Harzes vom Resol-Tvd. wobei das Harz bezogen auf die flüssige Harzmenge höchstens 20 Gewichtsprozent an flüchtigen Bestandteilen enthält, bis zur homogenen Komponentenverteilung beigemischt werden, die Totalmischung in einen Formhohiraum gefüllt und der Forminhalt nach druckfester Verschließung der Form

c) zuerst auf den Bläh temperaturbereich des Granulats a)

d) und anschließend auf den höheren Aushärtetempe-ο raturwert des Kunstharzes b) erhitzt wird.

Das Kunststoffmaterial bläht sich innerhalb eines vorbekannten Blähternperaturbereiches unter innerer Dnjckentwicklung zu wesentlich voluminöseren, formelastischen Schaumstoffkörpern auf. Das Duroplastharz beginnt innerhalb des genannten Blähtemperaturbereiches zu gelieren und härtet bei höheren Temperaturwerten vollständig aus.

An sich ist es bekannt, biähbares Polystyrol-Granulat zur Herstellung von vorfabrizierten Bauelementen, vor allem von wärmeisolierenden und spezifisch leichten Formkörpern, zu verwenden.

So ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoff-Formkörpers bekannt (FR-PS 15 57 179), der zum überwiegenden Teil aus geblähtem Polystyrolschaum besteht, dessen Komelemente miteinander durch relativ dünne Zwischenschichten, bestehend aus einem erhärteten Kunstharz und darin eingebettetem Mineralpulver (Asbesimehl), verbunden sind. Das Endprodukt ist etwas fester und etwas weniger gut brennbar als ein reiner Polystyrolschaumstoffkörper, hat aber ein wesentlich kleineres Raumgewicht als irgend ein Betonpreßling, in welchen der überwiegende Gewichts- und Raumanteil durch ein dichtes, monolythisch verbundenes Sand/ Kies-Gefüge mit entsprechend wesentlich höheren Festigkeitseigenschaften als Schaumstoffmaterial gebildet wird.

Gegenüber dieser bekannten Verwendungsart von blähbarem Polystyrol unterscheidet sich die erfindungsgemäß vorgesehene Anwendung von solchem Material grundsätzlich dadurch, daß zunächst ein ungeblähtes Polystyrol verwendet wird und nach Durchführung des Verfahrens nicht die Eigenschaften des geblähten Polystyrolschaumstoffes wesentlich die Eigenschaften des Endprodukts hinsichtlich mechanischer Festigkeit, spezifischem Gewicht und Beständigkeit bestimmen, sondern nur durch ihre Druckwirkung während der Verklebung der Mineralkörner zu Kunstbeton-Bauelementen die notwendige Verdichtungsarbeit verteilt im Forminhalt von innen leisten, ohne im Endprodukt noch so eine Bedeutung zu haben.

In zweckmäßiger Ausbildung des Verfahrens wird ein homogenes Gemisch in eine nach dem Verschließen noch wasserdampfdurchlässige Form' eingefüllt, das mindestens 85 Gewichtsprozent Mineralkörner, höchstens 5 Gewichtsprozent ungeblähten Polystyrolgries und höchstens 10 Gewichtsprozent eines flüssigen, im Blähtemperaturbereich des Polystyrols (90 bis 110° C) gelierenden und bei höheren Temperaturwerten (etwa '.30 bis 150° C) thermisch aushärtbaren Phenol- Formaldelyd-Haizes des 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 Mineralkörnernutsse gleichmäßig verteilten Körnchen des

blähfähigen Kunststoffmaterials ζ. Β. Polystyrolgries, unter Druckentwicklung zu wesentlich voluminöseren und formelastischen Schaumstoffkörnern auf. Diese örtlich voneinander nur um kleine Distanzen von etwa 1 bis 3 mm entfernten blähfähigen Partikeln vermögen beim Aufblähen die benachbarten Mineralkörner örtlich zu verdichten und flächig aneinander anzupressen, wobei das noch weiche Kunstharz die zusammenhängenden kleinen Spalträume zwischen aneinander angepreßten Mineraikömem einerseits und den sich bildenden, etwas größeren 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 voraussetzungsgemäß 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 gegebenfalls 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 Selbstlockerung 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 Gewichtsanteile des blähfähigen Kunststoffmaterials beigemischt werden, z. B. mehr als etwa 5 bis 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 Forminhalts nach Verschließung der gefüllten Form durch äußere Druckeinwirkung während der Harzaushärtung ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht nötig. Zum gleichmäßigen Füllen des Formhohlraums 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 8 cm dicken Platte eine erste Schicht, Feinsandschicht mit einem Harzgehalt von 8 Gewichtsprozent und 2 Gewichtsprozent Polystyrolgehalt in einer Dicke von 1 bis 1,5 cm,darüber eine Sand-Kies-Schicht, beispielsweise Blähtonkörner enthallend, mit einem Harzgehalt von nur 5 bis 6% und einem Polystyrolgehalt im 4 Gewichtsprozent in einer Dicke von 5 bis 6 cm und darüber noch einmal eine Schicht der erstgenannten Art eingebracht werden. Die fertige Platte wird feinstrukturierte Außenflächen und eine gröber strukturierte

ίο 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 Endprodukts, gegebenenfalls auch unter Harzeinsparung, beträchtlich gesteigert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in beispielsmäßiger Ausführung in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine offene Preßform beim Füllen des Formhohlraurnes, 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 Schaumstoffkörnern.

In beiden Figuren sind die Wandungen eines Plattenpreßformhohlraumes 1, welcher z. B. Dimensionen von 50 χ 50 χ 6 cm haben kann, mit 10 bezeichnet. Gemäß F i g. 1 steht die Preßform 1 auf einer Vibratorplattform 2, um einigermaßen gleichmäßig und

dicht bis zur Ebene Emit einem Gemenge 3 von Kies Sand, blähfähigen Polystyrol-Grieskörnern und flüssigem aushärtbarem Kunstharz, z. B. Phenolharz, gefülli zu werden.

Die Kies- und Sandkörner des Gemenges 3 sind, ir einem maßstäblich vergrößerten Ausschnitt vor Fig. 1, als leere Ringe dargestellt und mit 31 bezeichnet, während die darin vereinzelt enthaltenen blähfähigen, dunkel schraffierten Polystyrolkörner mii 32 bezeichnet sind. Zur besseren Übersicht ist die Kunstharzflüssigkeit nicht schraffiert.

Nach der Fig.2 ist die gefüllte Form durch einer aufgeschraubten Deckel 11 verschlossen und zui Erhitzung des Formhohlraumes auf vorerst etwa 100 bv. 120° in einen Ofen oder zwischen Heizplatten Hl, Hl verbracht worden. Dabei quellen die Polystyrolkörnei 32' unter Druck auf und verdichten in ihrer Umgebunj das Kies-Sand-Kunstharz-Gemenge 3'. Nach eingetre tener Gelierung und Erhärtung des Kunstharzes kam der Forminhalt zur Fertigaushärtung noch höher ζ. Β

auf 150° C erhitzt werden.

Gemäß Fig.2 enthält wenigstens der Formdecke 11 Löcher 110, welche bei geschlossener Form da Entweichen von Wasserdampf aus dem Formhohlraun erleichtern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von formstabilen und tragfähigen Kunstbeton-Bauelementen durch Verkleben eines Gemenges von harten Mineralkörnern mit beigemischtem, termisch aushärtbarem Kunstharz unter Druck- und Wärmeeinwirkung in einer druckfesten Form bis zur Bildung einer monolytischen, ausgehärteten Korngefügestruktur, dadurch gekennzeichnet, daß einer losen Masse von mindestens 85 Gewichtsprozent Mineralkörnern

a) höchstens 5 Gewichtsprozent eines feinkörnigen Granulats aufblähbaren Kunststoffmaterials,

b) sowie höchstens 10 Gewichtsprozent eines ungehärteten Phenol-Formhaldehyd-Harzes vom Resol-Typ, wobei das Harz, bezogen auf die flüssige Harzmenge höchstens 20 Gewichtsprozent an flüchtigen Bestandteilen enthält, bis zur homogenen Komponentenverteilung beigemischt werden, die Totalmischung in einen Formhohlraum gefüllt und der Forminhalt nach druckfester Verschließung der Form

c) zuerst auf den Blähtemperaturbereich des Granulats a)

d) und anschließend auf den höheren Aushärtetemperaturwert des Kunstharzes b) erhitzt wird.

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

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Gemischen zusätzlich Fasern in homogener und disperser Verteilung von mehr als 2 Gewichtsprozent zugegebc ii werden