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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Zementmasse zum Herstellen von leichten
Formkörpern sowie aus der Zementmasse hergestellte leichte Formblöcke.
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In der Bauindustrie werden Formblöcke und andere Baukörper in weitem
Rahmen bei der Herstellung von Mauerwerk verwendet. Solche Blöcke sollen relativ
billig sein. Ihre Dichte soll das Einbringen von Befestigungselementen ermöglichen.
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Die Blöcke sollen gute Isoliereigenschaften, ein relativ geringes
Gewicht haben und ausreichend fest sein, so daß sie für den vorgesehenen Einsatz
benutzbar sind. Weiterhin sollen die Blöcke ein Aussehen haben, welches ästhetisch
gefällt.
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In jüngster Zeit hat man viele Versuche unternommen, ein Produkt herzustellen,
das allen diesen Kriterien genügt. Das Ergebnis war jedoch nicht zufriedenstellend.
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Es ist bereits bekannt, thermoplastische Zusatzstoffe in Form von
Tabletten zu verwenden, um Massen bzw. Zusammensetzungen zu erhalten, mit denen
ihr Aussehen verbessert und verändert werden kann. Der Zusatz solcher Tabletten
beeinflußt jedoch in meßbarem Ausmaß die Belastungseigenschaften des Endproduktes.
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Dementsprechend werden solche Zementmassen allgemein nur für den Einsatz
an nicht lasttragenden Stellen empfohlen, beispielsweise für die Verwendung als
Sichtmaterial.
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Um ein gefälliges Aussehen zu erhalten, müssen die thermoplastischen
Zusatzstoffe eine relativ gleichförmige Größe und Gestalt haben. Dies erhöht notwendigerweise
die Kosten derartiger Massen und daraus hergestellter Produkte.
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Zur Reduzierung der Kosten von Zementmassen hat man bekanntlich Flugasche,
die ein Abfallprodukt der Industrie darstellt, als Zuschlagstoff und auch als teilweisen
Ersatz für die Zementkomponente verwendet.
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Die Verknappung an geeigneten Zuschlagstoffen für den Zement führte
zu einer Kostensteigerung. Obwohl die Verwendung von Flugasche sich sowohl hinsichtlich
der Konservierung als auch hinsichtlich einer Kostenreduzierung günstig auswirkt,
besteht ein großer Bedarf für andere zementartige Produkte, die der ständig steigenden
Nachfrage nach billigen Produkten genügen.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine härtbare bzw.
abbindbare Zementmasse bzw. Zementzusammensetzung gelöst, die in Volumenteilen aus
a) 1 bis 4 Teilen Polyäthylenstreifen b) 2 bis 8 Teilen Zuschlagstoff c) 1 bis 2
Teilen hydraulischem Zement d) 1 bis 4 Teilen Wasser besteht.
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Zur Erfindung gehören auch Formblöcke, beispielsweise Bausteine, die
durch Formen und Härten der Masse hergestellt werden. Als Zuschlagstoff wird vorzugsweise
Sand, bei der Herstellung von Zement anfallender Staub, Flugasche, Perlit oder Vermikulit
oder eine Mischung von zwei oder mehr der genannten Komponenten verwendet. Wegen
geringen Rosten werden als Zuschlag Abfallmaterialien wie Abfallzementstaub und
Flugasche besonders bevorzugt.
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Erfindungsgemäß werden Polyäthylenstreifen als Füllmaterial in Zusammensetzungen
aus hydraulischem Zement verwendet. Gemäß der Erfindung können somit im wesentlichen
nutzlose Abfallprodukte verwendet werden, die man beispielsweise bei der Herstellung
von polyäthylenbeschichteten Bechern und Behältern
aus Faserplatten
erhält. Bei der Behälterherstellung wird beim Abschneiden und Zuschneiden von zur
Bildung der Behälter verwendeten Platten eine beträchtliche Menge an Abfallmaterial
aus polyäthylenbeschichteten Hartfaserplatten erzeugt. Dieses Abfallmaterial wird
im allgemeinen einem Wiedergewinnungsprozeß unterworfen, um die Zellulosefaser wiederzugewinnen,
wobei ein Abfall an Polyäthylenmaterial verbleibt, der etwa 2 % Zellulosefasern
enthält. Dieses Abfallpolyäthylen eignet sich besonders für die erfindungsgemäßen
Zwecke.
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Das erfindungsgemß verasendete Polyäthylen hat Streifenform.
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Die Streifen können irgendeine geeignete Größe haben. Bevorzugt wird
jedoch ein Längenverhältnis von etwa 32:1, beispielsweise haben die Streifen eine
Länge von etwa 20 cm und eine Breite von etwa 6 mm. Im Endprodukt sind die Polyäthylenstreifen
nicht sichtbar. Der durch sie verursachte Effekt ist jedoch augenscheinlich. Die
Polyäthylenstreifen hieten Befestigungsmitteln, wie Schrauben, Nägel und dergleichen,
eine größere Haltekraft und Beständigkeit. Dies ist auf die flache bandartige Form
der Streifen zurückzuführen und auf die Tatsache, daß sie sich überlappen und verketten.
Ein weiteres Ergebnis der Verwendung der Polyäthylenstreifen ist eine größere Undurchlässigkeit
für Feuchte. Dies beruht nicht nur auf dem größeren Widerstand gegenüber einem Eindringen
von Feuchte durch Polyäthylen, sondern auch auf den bandartigen Formen, die sich
in willkürlicher Verteilung überlappen und eine weitere physikalische Sperre gegenüber
dem Eindringen von Feuchte bilden.
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Erfindungsgemäß werden bei der Zementherstellung anfallender Staub
oder Flugasche in Kombination mit Sand, Perlit oder Vermikulit als Zuschlagkomponente
der Zementmasse verwendet.
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Der Schornsteinstaub ist ein Nebenprodukt der industricllen Portlandzementherstellung.
Bisher hat man ihn als wertlos für Beton betrachtet. Im Gegensatz dazu hat sich
nun gezeigt, daß dieser Zementschornsteinstaub für die Verwendung in der
Zementmasse
gemäß der Erfindung besonders geeignet ist.
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Flugasche ist ein bekanntes Nebenprodukt von Anlagen, bei denen Kohle
verbrannt wird. Der bei der Zementherstellung anfallende Abfallstaub und die Flugasche
sind an sich unerwünschte Nebenprodukte, sogar Verunreinigungsprodukte.
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Ihre Qualitdt und genaue Zusammensetzung kann sich in weitem Rahmen
ändern, was beispielsweise von ihrer Entstehung, den Temperaturen, die bei der Zementherstellung
erreicht werden, der Qualität der verbrannten Kohle, und von der Ausrüstung und
Betrieb des Dampfkraftwerkes abhängt.
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Bei den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen kann jeder geeignete hydraulische
Zement verwendet werden. Bevorzugt wird jedoch Portlandzement oder Kal}; enthaltender
Portlandzement.
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Bei den bekannten Prozessen zur ilerstellung von Zementmassen ist
es üblich, Zuschlagstoffe dem Zement vor irgendeiner Zugabe von Wasser zuzusetzen.
Dieser Mischvorgang ist jedoch für die Herstellung der erfindungsgemäßen Masse nicht
zufriedenstellend. Bei dem erfindungsgemäßen Prozeß werden zuerst Wasser und Polyäthylenstreifen
gemischt. Dann wird der Zement diesem Gemisch zugegeben, anschließend erst die ausgewählten
Zuschlagstoffe.
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Die Anteile der bei der erfindungsgemßen Masqe verwendeten Komponenten
bestimmen die Elastizität des daraus hergestellten Formblocks. Ein selektives Ändern
der Anteile in vorbestimmter Weise trägt zur Vielfaltigkeit der erhaltenen Formblöcke
bei. Die aus der Zusammensetzung hergestellten Blöcke und Einheiten eignen sich
für die Aufnahme von Nägeln, Schrauben, Klammern, Klebstoff, Gips, Farbe. Außerdem
lassen sie sich bohren. Verglichen mit gegenwärtig verfügbaren Zementprodukten,
haben die erfindungsgemäßen Blöcke merklich verbesserte Eigenschaften hinsichtlich
der Wasserdichtheit. Aus der erfindungsgemäßen Masse hergestellte Formblöcke absorbieren
nur etwa 20 % ihres eigenen Gewichtes an Wasser, wenn sie 30 Tage
lang
vollständig in Wasser untergetaucht werden, wobei keine zusätzlichen Vorsichtsmaßnahmen
getroffen werden, um die Eigenschafte der Blöcke vor ihrem Eintauchen hinsichtlich
Wasserdichtheit zu verbessern. Druckfestigkeitsprüfungen der Formblöcke, die unter
Verwendung der erfindungsgemäßen AMfallpolyathylen-Zementmasse hergestellt werden,
haben eine Kom-2 2 pression von 180 kp/cm (354,240 lb/ft2) ohne Bruch ergeben. Andere
Versuchshlöcke wurden absichtlich mit Rissen versehen, die sich über 50 bis 60 %
des Abstandes in den Blöcken erstreckten. Diese Blöcke wurden einer ähnlichen Druckbelastung
ausgesetzt und blieben unversehrt.
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Aus einer erfindungsgemäßen Zementmasse wird ein Träger hergestellt,
der eine Breite von 45 cm, eine Stärke von 10 cm und eine Länge von 1,83 m hat.
In den Träger sind zwei 16 mm-Verstärkungsstäbe eingebettet. Die Zementmasse wird
acht Tage in der Form härten gelassen. Der Träger wird an jedem Ende durch 1o cm-Auflager
abgestützt. Auf den Träger wird eine Belastung von 950 kp ( 2068 lb) in der Mitte
aufgebracht. Der Träger reißt nicht und bricht nicht durch, sondern er biegt sich
nur um etwa 20 mm durch. Nach dem Entfcrnen der Last stellt der Träger innerhalb
20 min voll zurück. Dieser Versuch zeigt, daß durch die Verwendung von Polyäthylenstreifen
gemäß der Erfindung eine größere Zugfestigkeit und Elastizität als bei bekannten
Materialien erreicht wird. Dies ergibt sich hauptsächlich aus der Uberlappung und
der Verkettung der Polyäthylenstreifen.
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Abgebundene bzw. hartgewordene Formblöcke, die gemäß der Erfindung
hergestellt sind, sind feuerbeständig. Dies zeigt ein Versuch, bei dem ein 5 cm-Block
einer Sauerstoff-Acethylen-Schweißflamme mit einer Temperatur von etwa 39000C ausgesetzt
wird, ohne daß sich ein merklicher Schaden zeigt. Zum Vergleich explodiert und springt
ein 5 cm-Betonblock, wenn er der gleichen Flamme während des gleichen Zeitraums
von 18 s ausgesetzt
wird. In einen 5 cm-starken Asbestblock ist
ein ganz durchgehendes Loch eingebrannt.
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Die Standardfrequenzprüfung, ausgeführt an Beton und an einer erfindungsgemäßen
Zementmasse zeigt, daß der abgebundene Formblock gemäß der Erfindung den Beton in
der Schallreduzierung um etwa 43 % übertrifft. So läßt beispielsweise ein 20 cm-starker
Betonblock 50 db Schall durch. Ein 1o cm Block aus dem erfindungsgemäßen Material
überträgt nur 15 bis 18 db.
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Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiel näher erläutert.
In jedem der Beispiele ist jede der Komponenten der Masse in Volumenteilen ausgedrückt.
Die Komponenten sind in der Reihenfolge ihrer Zugabe aufgeführt, d. h. aus jedem
Beispiel ist zu ersehen, daß die Polyäthylenstreifen und das Wasser zuerst gemischt
werden und dann der Zement zugegeben wird. Schließlich wird der Zuschlagstoff zugegeben.
Wenn zwei oder mehr Zuschlagstoffe verwendet werden, werden sie vorzugsweise in
der folgenden Reihenfolge zugegeben: a) Schornsteinstaub b) Sand c) Perlit d) Vermikulit
e) Flugasche Vorzugsweise werden Perlit und Vermikulit nicht zusammen in ein und
derselben Masse als Zuschlagstoff verwendet.
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Beispiel 1 Es wird eine Abfall-Polyäthylen-Zementmasse durch inniges
Mischen aus den folgenden Bestanteilen auf Volumenbasis hergestellt.
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Polyäthylenstreifen 3,6 Teile Wasser 2,4 Teile hydraulischer Zement
I,o Teile Zuschlaq (Sand) 5,2 Teile Die Abfall-Eçolyäthylen-Zementmassc wird dann
geformt und unter Umgebungszustand in der Form etwa acht Tage abbinden gelassen,
so daß der Formkörper die vollständige Druckfestig keit im wesentlichen erhalten
hat. Derart hergestellte Formblöcke haben eine Druckfestigkeit in der Größenordnung
von 2 2 35 kp/cm (68400 lb/ft2), ohne daß ein Bruch auftritt.
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Beispiel 2 Durch Vermischen der nachstehenden Bestandteile wird eine
Abfallpolyäthylen-Zementmischunq hergestellt: Polyäthylenstreifen 1,5 Teile Wasser
2,3 Teile hydraulischer Zement 1,o Teile Zuschlag (Sand) 5,o Teile Aus dieser Zusammensetzung
hergestellte Formblöcke werden gemäß Beispiel 1 abbinden gelassen. Mit den Formblöcken
ausgeführte Versuche ergeben eine Druckfestigkeit in der Größenordnung von 136 kp/cm2
(269280 lb/ft2) , ohne daß eine merkliche Bruchneigung auftritt.
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Beispiel 3 Aus den nachstehenden Bestandteilen wird eine Abfall-Polyäthylen-Zementmasse
hergestellt und innig vermischt: Polyäthylenstreifen 2,34 Teile Wasser 2,34 Teile
hydraulischer Zement 1,o Teile Zuschlag (Sand) 5,o7 Teile
Aus dieser
Zusammensetzung geformte Baueinheiten, wie Blöcke, die in der Form unter Umgebungsbedingungen
etwa acht Tage abbinden gelassen werden, werden einer Standarddruckfestigkeitsprüfung
unterworfen. Es zeigt sich, daß sie eine Druckfestigkeit in der Größenordnung von
9o kp/cm2 (178560 lb/ft2) haben, ohne daß eine merkliche Bruchneigung auftritt.
An dem hergestellten Produkt durchgeführte Feuerhemm- und Wasserabsorptionsversuche
zeigen, daß das Produkt sich besonders für den Einsatz bei Installierungen eignet,
bei denen der Feuerwiderstand und die Wasserundurchiässigkeit wesentliche Faktoren
sind. Es hat sich weiter gezeigt, daß die Formblöcke mechanische Befestigungsmittel,
Klebstoffe und Gips besonders gut aufnehmen bzw. annehmen.
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Beispiel 4 Es wird eine Abfall-Polycithylen-Zementmasse hergestellt
und innig vermischt aus: Polyäthylenstreifen 1,o Teil Wasser 1,34 Teile hydraulischer
Zement 1,o Teil Zuschlag (Sand, Abfallstaub und Perlit) 3,5 Teile Beispiel 5 Es
wird eine Abfall-Polyäthylen-Zementmasse hergestellt und innig vermischt aus: Polyäthylenstreifen
2,o Teile Wasser 2,67 Teile hydraulischer Zement 1,o Teil Zuschlag (Abfallstaub
und Perlit) 8,o Teile
Beispiel 6 Es wird eine Abfall-Polyäthylen-Zementmasse
hergestellt und innig vermischt aus: Polyäthylenstreifen 1,69 Teile Wasser 1,69
Teile hydraulischer Zement 1,o Teil Zuschlag (Sand und Flugasche) 3,59 Teile Beispiel
7 Es wird eine Abfall-Polyäthylen-Zementmasse hergestellt und innig vermischt aus:
Polyäthylenstreifen 2,35 Teile Wasser 2,35 Teile hydraulischer Zement 1,o Teil Zuschlag
(Sand) 5,o Teile Beispiel 8 Es wird eine Abfall-Polyäthylen-Zementmasse hergestellt
und innig vermischt aus: Polyäthylenstreifen 1,o Teil Wasser 1,o Teil hydraulischer
Zement 2,o Teile Zuschlag (Perlit) 6,o Teile
Beispiel 9 Es wird
eine Abfall-Polyäthylen-Zementmasse hergestellt und innig vermischt aus: Polyäthylenstreifen
1,o Teil Wasser 1,o Teil ~ hydraulischer Zement 1,o Teil Zuschlag (Vermikulit) 2,o
Teile Beispiel lo Es wird eine Abfall-Polyäthylen-Zementmasse hergestellt und innig
vermischt aus: Polyäthylenstreifen 1 ,o Teil Wasser 3,0 Teile hydraulischer Zement
2,o Teile Zuschlag (Vermikulit) 6,o Teile Anhand der beiliegenden Zeichnung, in
der schematisch und perspektivisch ein Formblock gezeigt ist, wird die Erfindung
beispielsweise näher erläutert.
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Der erfindungsgemäße Formblock besteht aus einem Quader 1, der aus
einer Zementmischung hergestellt ist, die auf Volumenbasis ein bis zwei Teile hydraulische
Zement, zwei bis acht Teile Zuschlagstoffe, ein bis vier Teile Wasser und ein bis
vier Teile thermoplastisches Material enthält. Das thermoplastische Material besteht
aus Streifen 2 aus Polyäthylen.
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Die Streifen 2 haben ein Verhältnis von Länge zu Breite von etwa 32:1.
Die Streifen sind in der hartgewordenen Masse in willkürlicher Verteilung einander
tiberlappend und untereinander verkettet angeordnet.
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Anstelle der beispielsweise gezeigten quaderförmigen Gestalt des Formblocks
können auch alle anderen erforderlichen Formen von Formblöcken verwendet werden.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine billige leichte Zementmasse,
die einen merklichen Anteil an Polyäthylen in Faserform enthält, sowie aus der Masse
hergestellte abgebundene Formblöcke.
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