DE2447082B2 - Verfahren zur herstellung von betonfertigteilen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von betonfertigteilen

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Description

Betonfertigteile werden in großem Umfang in der Bauindustrie eingesetzt. Die Oberfläche dieser Fertigteile ist entweder unbearbeitet oder sie wird beispielsweise durch eine Auflage von Kieselsteinen oder Fliesen oder Beschichten mit einer Anstrichfarbe verschönert. Diese Nachbehandlung erfolgt gewöhnlich in einem Arbeitsgang im Anschluß an die Herstellung der Betonfertigteile. Aus diesen Gründen sind diese Verfahren wenig wirtschaftlich.
In der US-PS 34 39 076 wird ein Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit einer Außenschicht aus Kunststoff und einer Innenschicht aus Beton unter gleichzeitigem Aushärten der zwei Schichten beschrieben, bei dem eine flüssige Schicht eines Epoxydharzes und eines Härtemittels in eine Form eingefüllt und anschließend mit Betonmörtel vor dem Aushärten überschichte» wird. Dabei wird die das Epoxydharz und das Härtemittel enthaltende Schicht auf wenigstens 30°C abgekühlt und mit frischem Betonmörtel überschichtet. Anschließend werden beide Schichten im wesentlichen gleichzeitig ausgehärtet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Betonfertigteile mit schmückender Oberfläche und einer Betonschicht ohne Anwendung eines Nachbehandlungsverfahrens zu schaffen, die sich durch hohe mechanische Festigkeit und Wetterbeständigkeit auszeichnen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Die Erfindung betrifft den im Anspruch gekennzeichneten Gegenstand.
Gemäß »Cement and Concrete Research«, Bd. 1 (1971), S. 187-210, werden die Hydratation des Mörtels und verschiedene physikalische Eigenschaften der Betonfertigteile negativ beeinflußt, wenn der Betonmörtel mit Methylmethacrylat vermischt wird. V/erden jedoch gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 Teile Methylmethacrylat mit 0,5 bis 15 Teilen eines Vernetzers, wie einer monomeren Divinylverbindung,
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so eingesetzt und an der Oberfläche mit Betonmörtel vermischt, so wird die Hydratation des Mörtels überraschenderweise nicht ungünstig beeinflußt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Betonfertigteile mit sehr guter Chemikalienbeständigkeit und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften sowie sehr hübscher Oberfläche herstellen. Die Fertigteile zeichnen sich durch Wetterbeständigkeit, Glanz, Oberflächenhärte, Lösungsmittelbeständigkeit, Wasserdichtigkeit und schmutzabweisende Eigenschaften aus.
In der Praxis wird das erfindungsgemäße Verfahren im allgemeinen folgendermaßen durchgeführt:
Monomeres Methylmethacrylat wird in einem Reaktionsgefäß, beispielsweise einem Autoklav, vorgelegt, das mit einem Rührwerk, Kühleinrichtungen, einem Thermometer und einem EinlaOrohr für ein inertes Gas ausgerüstet ist, Sodann wird das Methylmethacrylat mit 0,001 bis 0,015 Gewichtsprozent eines Polymerisationsinitiators, vorzugsweise Azoisobuttersäuredinitril, versetzt und bei Temperaturen von 70 bis 130°C polymerisiert. Sobald das Reaktionsgemisch eine Viskosität von 1 bis 30 Centipoise aufweist, wird es rasch auf 10 bis 2O0C abgekühlt. Auf diese Weise wird ein Methylmethacrylat-Vorpolymerisatsyrup mit einer Viskosität von 2 bis 50 Centipoise bei 25° C erhalten.
Gemäß einer anderen Ausfühmngsform wird feinpulvriges Polymethylmethacrylat mit einem mittleren Polymerisationsgrad von etwa 1000 bis 8000, das durch Suspensionspolymerisation hergestellt worden ist, mit monomerem Methylmethacrylat versetzt, bis die Viskosität der erhaltenen Lösung im vorstehend angegebenen Bereich liegt. Zur Verhinderung der spontanen Weiterpolymerisation des erhaltenen Methylmethacrylat-Vorpolymerisatsyrups wird vorzugsweise eine geringe Menge eines Polymerisationsinhibitors und eines Kettenüberträgers zugesetzt.
Auf 100 Gewichtsteile des erhaltenen Methylmethacrylat-Vorpolymerisatsyrups werden 0,5 bis 15 Gewichtsteile, vorzugsweise 3 bis 7 Gewichtsteile, einer monomeren Vinylverbindung als Vernetzer zugegeben. Bei Verwendung von weniger als 0,5 Gewichtsteilen des Vernetzers nimmt die Bindefestigkeit zwischen der Kunstharzschicht und der Betonschicht ab, während bei Verwendung von mehr als 15 Gewichtsteilen Vernetzer die Bindefestigkeit zunimmt, die Biegefestigkeit jedoch abnimmt. Die Viskosität des erhaltenen Syrups nach Zusatz des Vernetzers beträgt 2 bis 40 Centipoise.
Spezielle Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Vernetzer sind
1) Äthylen,glykoldimethacrylat,
2) Äthylenglykoldimethacrylate der allgemeinen Formel
I!
CH2-C(Rl-C O( CH2-CH2-O)11-C (R)C = CH,
in der R ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeutet und η eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 9 ist,
3) Dicarbonsäurediallylester der allgemeinen Formel
CH2 = CH-CH2-(OOC-R-COO) -,
CH2-CH =CH2
in der sich die Dicarbonsäure beispielsweise von Maleinsäure, Itaconsäure oder Phthalsäure ableitet,
4) Divinylverbindungen der allgemeinen Formel
CH2 = CH-(R)-CH =CH2
in der R beispielsweise eine Phenylengruppe bedeutet,
5) Allylsäure der Acrylsäure und Methacrylsäure, insbesondere Allylacrylat und Allylmethacrylat,
6) Glycidylester der Acrylsäure oder Methacrylsäure, insbesondere Glycidylacrylat und Glycidylmethacrylat,
7) ein Gemisch aus einem Glycidylester der Acrylsäure oder Methacrylsäure und einem Hydroxyalkylester der Acrylsäure oder Metnacrylsäure, beispielsweise Glycidylmethacrylat und α-Hydroxyäthylacrylat, Glycidylacrylat und a-Hydroxyätiiylacrylat oder Glycidylacrylat und Hydroxypropylacrylat,
8) ein Gemisch aus einem Glycidylester der Acrylsäure oder Methacrylsäure und einer «,^-ungesättigten aliphatischen Mono- oder Dicarbonsäure oder deren Anhydrid, beispielsweise Glycidylmehtacrylat und Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure oder deren Anhydrid oder Maleinsäure oder deren Anhydrid.
Die vorgemannten Vernetzer lassen sich nach einem radikalischen Mechanismus polymerisieren.
100 Gewichtsteile des Vernetzers enthaltenden Methylmethacrylat-Vorpolymerisatsyrups oder der Vernetzer enthaltenden Mischung von Polymethylmethucrylat und monomerem Methylmethaerylat werden mit 0,001 bis 1,0 Gewichtsteilen eines Redox-Polymerisationsinitiators, vorzugsweise einem Gemisch von Benzoylperoxid und Dimehtylanilin versetzt und gründlich vermischt.
Bei vollständiger Polymerisation und Aushärung des erhaltenen Gemisches erhält man ein Polymerisat mit guten chemischen und physikalischen Eigenschaften, nämlich guter Wetterbeständigkeit, Transparenz und hoher Vernetzungsdichte, das unschmelzbar und in Lösungsmitteln unlöslich ist. Dieses Acrylpolymerisat verleiht den erfindungsgemäß hergestellten Betonfertigteilen erwünschte Eigenschaften.
Als Zuschlagstoffe können im erfindungsgemäßen Verfahren übliche Materialien verwendet werden, wie Betonfeinsand, Betongrobsand, Betonfeinkies bzw. Betonsplit, Betongrobkies bzw. Betonsteinschlag, Marmor, Granit, Serpentin, Kunststein, Glas und Kunstharze. Es kann auch ein Gemisch von Zuschlagstoffen verwendet werden. Die Zuschlagstoffe werden mit dem Gemisch der Komponenten (a) bis (c) in einer Menge versetzt, die so bemessen ist, daß die Oberfläche der Zuschlagstoffe nach vollständigem Mischen benetzt ist. Dieses Gemisch wird sodann in eine Form bestimmter Größe und Gestalt in der gewünschten Dicke eingefüllt. Dabei ist darauf zu achten, daß in dem Zuschlagstoffe enthaltenden Gemisch möglichst keine Luftblasen enthalten sind. Nach dem Einfüllen in die Form wird das Gemisch mit hydraulischem Mörtel und/oder Beton überschichtet. In der erhaltenen Masse wird die Polymerisation und Vernetzung der polymerisierbaren Bestandteile und die Hydratation und Härtung des Mörtels durchgeführt. Man erhält schließlich ein Betonfertigteil.
Prüfkörper aus erfindungsgemäß hergestellten Betonfertigteilen haben eine Zugfestigkeit von 25 bis 30 kg/cm2 bei Verwendung eines »Autograph 1S-5000«, hergestellt von der Shimazu Factory Co., und einer Ziehgeschwindigkeit von I mm/min. An der Grenzfläehe von Beton und Acrylpolymerisat enthaltender Masse erfolgt kein Bruch, sondern nur in der Betonschicht. Bei Verwendung anderer monomerer bzw. anderer Vorpolymerisate erfolgt Bruch in der Grenzfläche, und die Zugfestigkeit beträgt bei Verwendung thermoplastischer Acrylpolymerisate nur 2 bis 4 kg/cm2 und bei Verwendung von Epoxyacrylpolymerisaten, Epoxyharzen oder Polymerisaten aus ungesättigten Polyesterharzen nur 2 bis 7 kg/cm2.
ίο Dieses überraschende Ergebnis beruht vermutlich auf der Tatsache, daß das monomere Methylmethaerylat und der Vernetzer in die Schicht des ungehärteten Mörtels bzw. Betons eindringt und eine vernetzende Polymerisation in der Umgebung der Zuschlagstoffe in der Grenzschicht und in der Schicht der Mörtelmasse erfolgt. Die Hydratation des Mörtels erfolgt in Gegenwart von teilweise gelöstem Monomer. Die Grenzschicht besteht aus dem Polymerisat und hydratisiertem Zement, was zu einer hohen Festigkeit führt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch zunächst der Methylmethacrylat-Vorpolymerisatsyrup im Gemisch mit Vernetzer und Polymerisationsinitiator in die Form gegossen werden. Sodann wird der Syrup mit Zluschlagstoffen entsprechender Art versetzt, um einen bestimmten Oberflächeneffekt zu erzielen. Hierauf wird die Masse mit hydraulischem Mörtel und/oder Beton überschichtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zunächst Zuschlagstoffe in die Form gegeben, und
je schließlich wird die Masse mit hydraulischem Mörtel überschichtet.
Im erstgenannten Verfahren beträgt die Viskosität des Syrups vorzugsweise 20 bis 40 Centipoise, im letztgenannten Fall 2 bis 15 Centipoise. Nach den
js vorstehend beschriebenen Verfahren lassen sich Betonfertigteile mit gewünschter Oberflächenstruktur herstellen.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
In einem Vierhalskolben, der mit einem Rührwerk, Thermometer, Rückflußkühler und e:nem Stickstoffeinleitungsrohr ausgerüstet ist, werden 600 g Methylmethaerylat und 0,006 g Azoisobuttersäuredinitril vorgelegt.
Sodann wird die Luft im Kolben durch Einleiten von Stickstoff verdrängt. Die Polymerisation wird unter Stickstoff als Schutzgas durchgeführt. Nach 180minütigem Erhitzen auf 80±l°C wird der Kolbeninhalt mit 100C kaltem Wasser auf 25°C abgekühlt. Der erhaltene
so Vorpolymerisatsyrup hat eine Viskosität von 15,4 Centipoise.
100 Gewichtsteile des Vorpolymerisatsyrups werden mit 5 Gewichtsteilen Triäthylglykoldimethacrylat, 0,2 Gewichtsteilen Benzoylperoxid und 0,09 Gewichtsteilen
>s Dimethylanilin versetzt. Das erhaltene Gemisch wird als Syrup A bezeichnet.
400 Gewichtsteile Marmorsplit mit der Korngröße 8 bis 10 mm werden mit 90 Gewichtsteilen Syrup A gründlich vermischt und benct/.i. Das Gemisch wird in
mi eine 140 mm breite, 160 mm lange und 40 mm tiefe Form geschüttet. Sodann wird die Masse mit einem Mörtel aus 1 Teil Zement. 2 Teilen Standardsand (jlS-5201) und 0,5 Teilen Wasser iiberschichtet. Hierauf wird der Inhalt der Form 24 Stunden bei 20±3°C
i>s aushärten und hydratisieren gelassen. Danach wird das Fertigteil aus der Form entnommen. Die Zugfestigkeit des Fertigteils beträgt nach einer Woche 13,1 kg/cm2, nach zwei Wochen 18,8kg/cmJ und nach einem Monat
22,1 bis 25,3 kg/cm2. Die Festigkeit des Fetigteils steigt mit zunehmendem Alter an. Bei Zi'gfestigkeitsversuchen erfolgt der Bruch immer nur in der Betonschicht.
Bei einem Bewitterungstest unter accelerierten Bedingungen während 500 Stunden und ICOO Stunden können keine Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Polymerschicht festgestellt werden. Es erfolgt lediglich eine geringe Farbänderung.
Beispiel 2
100 Gewichtsteile des gemäß Beispiel 1 hergestellten Vorpolymerisatsyrups werden mit 5 Gewichtsteilen eines äquimolaren Gemisches von Glycidylmethacrylat und Methacrylsäure, 0,3 Gewichtsteilen Benzoylperoxid und 0,2 Gewichtsteilen Dimethylanilin versetzt. Dieses Gemisch wird als Syrup B bezeichnet. Sodann werden 400 Gewichtsteile gewaschener Betonfeinsand einer Korngröße unter 3 mm eingemischt. Gemäß Beispiel 1 wird ein Fertigteil hergestellt. Nach einem Monat beträgt die Zugfestigkeit 28,8 bis 30,2 kg/cm2.
Beispiel 3
70 Gewichtsteile Methylmethacrylat werden mit 30 Gewichtsteilen durch Suspensionspolymerisation hergestelltem Polymethylmethacrylat (mittlerer Polymerisationsgrad 4000) vermischt, und das Gemisch wird durch 30minütiges Erwärmen auf 8O0C gelöst. Sodann wird die Lösung auf 25°C abgekühlt. Die Lösung hat eine Viskosität von 35 Centipoise.
100 Gewichtsteile der Lösung werden mit 8 Gewichtsteilen eines äquimolaren Gemisches von j3-Hydroxypropylmethacrylat und Glacidylacrylat, 0,1 Gewichtsteilen Benzoylperoxid und 0,01 Gewichtsteilen Dimethylanilin versetzt. Das erhaltene Gemisch wird als Syrup C bezeichnet.
Der Syrup C wird in einer Schichtdicke von 3 mm in die in Beispiel 1 beschriebene Form gegossen. Sodann wird Ziegelsplit der Korngröße 2 bis 3 mm und Marmorsplit der Korngröße 8 bis 10 mm eingestreut. Hierauf wird ein Mörtel aus 1 Gewichtsleil Zement, 2 Gewichtsteilen Sand und 3 Gewichtsteilen Split (Gewichtsverhältnis Wasser zu Zement 45:55) eingegossen. Die Masse wird in Dampf ausgehärtet. Nach einem Monat hat das erhaltene Fertigteil eine Zugfestigkeit von 25 bis 30 kg/cm2.
Beispiel 4
Reiner getrockneter Betonfeinsand mit einer Korngröße unter 1 mm und gefärbter Glasbruch mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm werden in einer Schichtdicke von 5 bis 7 mm in die in Beispiel 1 beschriebene Form gefüllt.
In dem in Beispiel 1 beschriebenen Vierhalskolben werden 600 g Methylmethacrylat und 0,009 g Azoisobuttersäuredinitril 15 Minuten bei 9O0C polymerisiert. Danach wird das entstandene Vorpolymerisat abgekühlt. Der Vorpolymerisatsyrup hat eine Viskosität von 3,3 Centipoise bei 25° C.
100 Gewichtsteile des Vorpolymerisatsyrups werden mit 5 Gewichtsteilen Diallylphthalat, 0,5 Gewichtsteilen Benzoylperoxid und 0,2 Gewichtsteilen Dimethylanilin versetzt und in die Form eingegeossen, bis sämtliche Zuschlagstoffe bedeckt sind. Danach wird die Form entgast und eine Stunde stehengelassen. Hierauf wird der in Beispiel 3 verwendete Mörtel in die Form gegossen und die Masse ausgehärtet. Nach einem Monat beträgt die Zugfestigkeit des Fertigteils 23 bis 27 kg/cm*.
Beispiel 5
Beispiel 1 wird wiederholt, anstelle von 5 Gewichtsteilen Triäthylenglykoldimethacrylat werden jedoch 2 Gewichtsteile Äthylenglykoldimethylacrylat verwendet.
Das gemäß Beispiel 1 hergestellte Betonfertigteil hat eine Zugfestigkeit von 22 bis 25 kg/cm2.
Beispiel 6
100 Gewichtsteile des in Beispiel 1 hergestellten Vorpolymerisatsyrups werden mit 10 Gewichtsteilen Allylacrylat, 0,2 Gewichtsteilen Benzoylperoxid und 0,05 Gewichtsteilen Dimethylanilin versetzt. Auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise wird ein Betonfertigteil hergestellt. Das erhaltene Fertigteil hat eine Zugfestigkeit von 23 bis 25 kg/cm2.
Beispiel 7
Beispiel 3 wird wiederholt, anstelle von 8 Gewichtsteilen des äquimolaren Gemisches von ß-Hydroxypropylmethacrylat und Glycidylacrylat werden jedoch 13 Gewichtsteile Divinylbenzol verwendet. Das gemäß Beispiel 3 hergestellte Betonfertigteil hat eine Zugfestigkeil von 25 bis 27 kg/cm2.
Beispiel 8
Beispiel 4 wird wiederholt, anstelle von 5 Gewichtsteilen Diallylphthalat werden jedoch 4 Gewichtsteüe Glycidylacrylat verwendet. Das gemäß Beispiel 4 hergestellte Betonfertigteil hat nach einem Monat eine Zugfestigkeit von 21 bis 25 kg/cm2.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit einer Außenschichl: aus Kunststoff und einer Innenschicht aus Beton unter gleichzeitigem Aushärten der zwei Schichten, wobei eine polymerisierbare Masse in eine Form eingefüllt und mit hydraulischem Mörtel und/oder Beton überschichtet und anschließend in der erhaltenen Masse die Polymerisation und Vernetzung der polymerisierbaren Bestandteile und die Hydratation und Härtung des Mörtels oder Betons durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man als polymerisierbare Masse ein Gemisch aus
    (a) einem Metfiylmethacrylat-Vorpolymerisatsyrup oder eineir Mischung von Polymethylmethacrylat und monomerem Methylmethacrylat,
    (b) einer üblichen monomeren Vinylverbindung als Vernetzer im Gewichtsverhältnis 100:0,5 bis >0 15,
    (c) 0,001 bis 1,0 Gewichtsteiien eines üblichen Redox-Polymerisationsinitiators pro 100 Gewichtsteile der Komponenten (a) und (b) und
    (d) übliche Zuschlagstoffe verwendet.
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