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Verbundstoff für Bauzwecke und Verfahren
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zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Verbundstoffen
für Bauzwecke und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, wie sie in der französischen
Fatentammeldung Nr. 7517338 vom 3. Juni 1975 behandelt sind.
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Die genannte Patentanmelaung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
von Verbundstoffen, die einem Druck von mehr als 2 30 kg/cm widerstehen und einen
thermischen Isolationskoeffizienten von weniger als 0,10 kel/h/m2 naben. Dabei werden
leichte mineralische Zuschlagstoffe mit Hilfe eines organischen wärmebeständigen
Polymers mit einer Dichte von 0,5 bis 1,1 gebunden und die Hohl- oder Zwischenräume
zwischen den Zuschlagstoffen mit einem Schaum einer Dichte unter 0,25 aus dem gleichen
organischen Polymer gefüllt. Das Verbundmaterial wird vor und während des Abbindens
des organischen Bindemittels bei einem Druck von mindestens 10 kg/cm² komprimiert,
wodurch
man eine relativ kompakte Verbindung der mineralischen Zuschlagstoffe
erzielt.
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Nach einem weiteren Merkmal der genannten Patentanmeldung wird der
mechanische Druck auf die Mischung aus Zuschlagstoffen und Bindemittel unter Zwischenschaltung
mindestens einer Schicht aus komprimierbaren Material aufgegeben, z. B. aus Sand,
Ton, Schlick, Tonerde, um das Zerquetschen der Zuschlagstoffe beim Kontakt mit den
Pressplatten, dem Presskolben, oder mit einem anderen starren Organ zu vermeiden,
das für die Kompression der Mischung benutzt wird.
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Bei Weiterverfolgung der Arbeiten auf diesem Gebiet kam man zu der
Feststellung, dass man die Anwendung der genannten Technik auf leichte und starre
mineralische Zuschlagstoffe ausdehnen kann, die einem Druck von mindestens 10 kg/cm2
nicht ohne Deformation oder stellenweiser Zerquetschung widerstehent iUnn nach der
Erfindung solche Zuschlagstoffe ausgewählt werden, dass das Verhältnis zwischen
dem Volumen Vv eines kg losen Zuschlagstoffes und dem Volumen Vc des komprimierten
Verbundstoffes in seiner endgültigen Form,in der er 1 kg dieser Zuschlagstoffe enthält,
zwischen 1,3 und 2,5 und vorzugsweise zwischen 1,6 und 2,2 liegt. Das Wort "lose"
wird hier in seinem üblichen Sinne verwendet, d. h., dass jedes Verdichten oder
jede Vibration ausgeschlossen ist.
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Diese Feststellungen werden im folgenden durch die Ergebnisse einer
Versuchsreihe unter Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen erläurt: Bei
einem ersten Versuch entsprechend der Technik der genannten Patentanmeldung hat
man gemahlenen Ton mit. einer Dichte im losen Zustand von 450 bis 650 kg/m3. mit
einer Schicht aus unter Wärme härtbarem Harz umgeben, dann das Ganze in eine Form
gegeben und das Abbinden des Bindemittels unter Wärme und Druck von ungefähr 15
kg/cm2 herbeigeführt. Wie aus
Fig. 2 ersichtlich, liegen die Zuschlagstoffe
21 in einer Hohlraum-Struktur, wobei die Zahl der Kontakte eines jeden Zuschlagpartikels
mit den Nachbarpartikeln zwischen 4 und 8 schwankte. Das von den Zuschlagstoffen
nicht ausgefüllte Volumen betrug 40 % des Gesamtvolumens und das Verhältnis Vv/Vc
lag unter 1,3 und zwischen 1,1 und 1,25 je nach der Geometrie der Zuschlagstoffe.
Die Fig. 2 zeigt das durch mechanischen Druck in den Kontaktzonen verdichtete Harz-Bindemittel
22 und den Schaum 23 aus organischem Polymer in den Zwischenräumen, der den freien
Raum zwischen den Zuschlagstoffen ganz oder teilweise ausfüllt.
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Zum Vergleich zeigt Fig. 1 den Schnitt durch einen Verbundstoff,
bei dem das Verhältnis Vv/Vc unter 1 liegt. Der Schaum 12 enthält hier mineralische
Zuschlagstoffe 11, die stark verstreut sind, wobei jeder Zuschlagpartikel im Durchschnitt
null bis vier andere Zuschlagspartikel berührt.
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In einem zweiten Versuch ist man von einem Zuschlagstoff aus gemahlenem
Schiefer vom Surex-Typ (Produkt der Kohlenbergwerke im nördlichen Kohlengebiet und
im Pas de Calais) mit einer Dichte im losen Zustand von 390 kg/m3 ausgegangen. Dabei
waren die Bedingungen hinsichtlich Bindemittel und Druck die gleichen wie beim vorangegangenen
Versuch. Man erhielt ein Produkt, bei dem das Verhältnis Vv/Vc zwischen 1,3 und
1,6 lag. Die Kontaktzonen zwischen den Zuschlagstoffen waren klar abgeflacht und
das freie Volumen zwischen den Zuschlagstoffen betrug 30 °h vom Gesamtvolumen.
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Schliesslich hat man den gleichen Versuch auf Basis von gemahlenem
Glas vom Expanver Typ (Produkt der Fa. Boussois) oder auf Basis von leichtem gemahlenem
Silikat mit einer Dichte von 120 bis 190 kg/m3 wiederholt. Dabei hat man beim Aufgeben
von Druck festgestellt, dass sich das Volumen des Verbundstoffes beträchtlich verringerte,
ohne der Presse grossen Widerstand entgegenzusetzen. Die Kompression wurde unter
7 kg/cm2 gestoppt, als das Produkt in der Form auf ungefähr
die
halbe Höhe reduziert war; dann hat man das Bindemittel erhärten lassen. Nach dem
Ausformen war die Struktur fast ganz dicht. Das von den Zuschlagstoffen nicht eingenommene
Volumen betrug 5 bis 15 % des Gesamtvolumens. Dieser freie Raum entspricht im allgemeinen
dem verwendeten Bindemittel.
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Fig. 3, die die erzielten Ergebnisse illustriert, zeigt, dass die
Zuschlagstoffe 31 sich gegenseitig durchdringen und die Zahl der Kontakte jedes
Zuschlagpartikels mit den Nachbarpartikeln 8 bis 12 (theoretische Grenze: 14) beträgt.
Das Bindemittel 32 als Umkleidungsschicht befindet sich überall in komprimierter
Form und das Verhältnis Vv/Vc hat hier ungefähr den Wert 2, wobei dieser Wert auf
2,1 oder 2,2 ... usw.
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steigt, wenn der Druck in der Form auf 10 kg/cm2, 15 kg/cm2 usw. erhöht
wird.
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Somit kann das Anwendungsgebiet des Verfahrens im genannten Patent
erweitert werden, wenn man als mineralische Zuschlagstoffe Produkte verwendet, die
sowohl leicht und starr sind, wie z. B. die o.g. gemahlenen Produkte oder äquivalente
Materialien, deren Dichte im losen Zustand ebenfalls unter 200 kg/m3 liegt.
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Während die Verwendung eines unter Wärme härtbaren Harzes, das schäumen
kann, als Bindemittel ganz besonders beim bekannten Verfahren empfohlen wurde, wird
es bei der vorliegenden Verbesserung möglich, in der gleichen Weise organische oder
mineralische, unter Wärme härtbare oder thermoplastische Bindemittel sowie Bindemittel
zu verwenden, die bei Normaltemperatur abbinden. Im übrigen ist es besonders vorteilhaft,
wie beim bekannten Verfahren zwischen die tressplatten und die leichten Zusatzstoffe
eine komprimierbare Schicht einzufügen, die für den Wasserdampf durchlässig oder
undurchlässig sein kann, wie z. B. abgesehen von den schon in der französischen
Anmeldung genannten Stoffen, ein organisches Polymer oder Elastomer, ein Faserpolster,
einen pulverförmigen, lockeren Stoff, oder einen Verbundstoff, der als Ganzes aus
einer Weichfolie, die
in Kontakt mit den an der Oberfläche liegenden
Zuschlagstoffen steht und auf die dann eine Schicht Fasern, Sand, Holzspäne, Stroh,
Pflanzenreste usw. folgt.
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Um ihre Aufgabe ohne Beschädigung der in der Oberfläche liegenden
Zuschlagstoffe zu erfüllen, muss die komprimierbare Schicht eine Dicke haben, die
mindestens dem Durchschnittsradius der grössten Zuschlagstoffe entspricht, mit denen
sie in Kontakt ist. Ferner muss ihre Konsistenz so sein, dass der leichte starre
Zuschlagstoff im Verlauf des mechanischen Druckvorgangs ohne Beschädigung in diese
komprimierbare Schicht eindringen kann, und zwar in eine Tiefe, die zwischen dem
Durchschnittsradius der Zuschlagstoffe an der Oberfläche und einem Fünftel dieses
Radius liegt. Um eine angemessene und homogene Kompaktheit zu erhalten, ist es im
allgemeinen notwendig, dass keine Abmessung des Produkts nach der Sompression und
vor dem eventuellen späteren Zuschnitt weniger als 4 oder 5 Durchschnittsdurchmesser
der Zuschlagstoffe beträgt, wobei die Zahl 8 einen Vorzugswert darstellt.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wurde restgestellt, dass
die herkömmlichen starren Gussformen z. 2. aus Metall, wie sie beim bekannten Verfahren
verwendet wurden, und bei denen die Kompression durch einen Kolben erfolgt, der
längs Gussform-Innenwände herabwanderts uorteilhaft durch korimierbare Gussformen
ersetzt werden konnten, z. B. aus vorgefertigten Elementen wie Platten aus Holz-
oder Faserteilchen. In der Praxis wird die Höhe der Gussformwände anfangs etwas
höher als die der zu giessenden Masse gewählt. Unter der Wirkung der mechanischen
Kompression verringert sich diese Höhe dann im gleichen Verhältnis wie die ganze
Mischung aus mineralischen Zuschlagstoffen. Beim Arbeiten mit solchen kompriierbaien
Formen wurde kein Abscheren und keine Zerstörung der ränder der Zuschlagstoffe mehr
beobachtet, denn der Widerstand gegen das Abscheren ist grösser als der Druck, der
von den mineralischen Zuschlagstoffen bei der Kompression ausgeht.
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Als Beispiel für diese komprimierbaren Formen aus Fasern kann das
folgende Beispiel genannt werden, das die Herstellung einer Verbundstoff-Platte
von 10 x 100 x 200 cm zum Ziel hat.
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Diese Platte besteht aus 5 Schichten, nämlich 2 2 Aussenschichten
von je 7,5 kg/m auf Basis von synthetischem Feldspat mit einer Dicke von 4 bis 4,5
mm; 2 Unterschichten auf Basis von Granulaten vom Expanver-Typ (vorher erwähnt)
mit einer Körnung 3/8 und einem Gewicht von 3 kg/m², davon 2,5 kg für die Granulate
und 0,5 kg für die Umkleidung auf Phenolharzbasis; einer Innenschicht auf Basis
von Expanver-Granulaten, Grösse 8/16, die je m2 19 kg Zuschlagstoffe (oder Granulate)
und 3,2 kg Umkleidungsharz enthält, wobei das Verhältnis Vv/Vc ungefähr 1,9 ist.
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Zur Herstellung der Form wurde aus einer Platte Fibralith (gefertigt
aus langen Holzspänen, die durch einen Portlandzement verbunden sind und die ein
Volumengewicht von 350 kg/m3 hat) Bänder von jeweils 1,10 m und 2,10 m Länge und
10 cm Breite und 5 cm Dicke herausgeschnitten. Diese Bänder wurden flach auf vier
Verstärkungen angeordnet, um einen Rahmen mit den Innenmassen 2 x 1 em mit Verschiebung
der Uberlappungen anden Ecken zu bilden. Dank der Anfangshöhe von 20 cm befindet
sich die Form höher als die zu giessende Masse, so dass während des Druckvorgangs
erstere in Kontakt mit der oberen Pressplatte kommt. Sie wird somit eingeklemmt
und bis auf eine Höhe von 10 cm zusammengedrückt zur gleichen Zeit wie die zu formende
Masse. Dank ihrer inneren Starrheit widersteht die Form beim Pressvorgang wirkungsvoll
jedem Seitendruck der mineralischen Zuschlagstoffe. Es war nicht möglich, ein Nachgeben
der Ränder an den Längsrändern der Platte nach dem Abbinden und dem Ausformen zu
entdecken, während bei den bisher üblichen Metallformen ein U-Form oder in Form
von Viereckrohren die Abweichungen im allgemeinen unter den gleichen Bedingungen
mehr als 1 cm betragen. Ferner konnte man ein Zurichten der Plattenränder, die sehr
gut aussahen, vermeiden, was bei den Metallformen nicht der Fall ist, bei
denen
man oft einen beträchtlichen Verschnittausfall hat.
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Natürlich kann man eine solche nicht wiederverwendbare Form durch
Formen ersetzen, die mehrere Male verwendbar sind, z. B.
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auf Basis von Elastomeren oder flachen mit Federn oder dgl.
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versehenen Vorrichtungen. Diese Formen können durch bekannte Mittel,
wie z. B. Keile, Haken, Streben an den Pressplatten befestigt werden.
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Bei einer anderen Variante der Erfindung können die vorgefertigten
Formelemente, die eventuell mit Fäden, Fasern, Vlies oder Geweben verstärkt sind,
durch ein Bindemittel verbunden werden, das zur gleichen Zeit abbindet wie der gesamte
Verbundstoff und das den Verbundstoff während der verschiedenen Handhabungen und
beim Transport schützt. Man kann z. B. als Aussenschichten ausser dem erwähnten
Feldspat Zement, Gips, thermoplastische oder unter Wärme härtbare harz mit oder
ohne Füllstoff verwenden, während die organischen oder mineralischen Bindemittel
zum Verbinden der pflanzlichen oder mineralischen Teilchen, von Sand, Kies usw.
dienen.
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In der Praxis können die Verbundstoffe nach der Erfindung alle Ausmasse
und verschiedene Formen haben, z. B. Balken, Platten, Massivkörper usw. Sie haben
zahlreiche Anwendungsgebiete besonders im Bauwesen.