DE29804391U1 - Mineral-bound building material of low density and high strength - Google Patents
Mineral-bound building material of low density and high strengthInfo
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Description
DR. ROLFHESCH 12.März1998DR. ROLFHESCH 12.March1998
Anmelder:
Dr. Rolf Hesch
Steinkamp 2c
32657 LemgoApplicant:
Dr. Rolf Hesch
Steinkamp 2c
32657 Lemgo
Mineralisch gebundener Baustoff geringer Dichte und hoher Festigkeit. Mineral-bound building material with low density and high strength .
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein mineralisch gebundenen Baustoff bestehend aus nachwachsenden Rohstoffen in einer mineralischen Matrix, der sich durch geringe Dichte, gute Wärmedämmung, Schwerentflammbarkeit und besonders hohe Festigkeit auszeichnet.The subject of the present invention is a mineral-bound building material consisting of renewable raw materials in a mineral matrix, which is characterized by low density, good thermal insulation, flame retardancy and particularly high strength.
Es gibt eine Reihe von mineralisch gebundenen Werkstoffen, z. B. zement- und gipsgebundene Holzspanplatten und Faserplatten, Gipskartonplatten, magnesitgebundene Holzspanplatten. Weiterhin werden in kleinerem Maße auch mineralisch gebundene Platten und Bauteile mit Bewehrungen durch Glasfasern hergestellt. Diese Werkstoffe haben den gemeinsamen Nachteil, daß eine befriedigende Festigkeit nur durch hohe Verdichtung erreicht werden kann. Die Dichten liegen zwischen 1.000 und 1.300kg/m3.There are a number of mineral-bonded materials, e.g. cement- and gypsum-bonded chipboards and fiberboards, plasterboards, magnesite-bonded chipboards. Furthermore, mineral-bonded boards and components with glass fiber reinforcement are also produced to a smaller extent. These materials have the common disadvantage that satisfactory strength can only be achieved through high compaction. The densities are between 1,000 and 1,300 kg/m 3 .
Holzwolleplatten sind mit Dichten zwischen rund 350 und 550 kg/m3 sehr viel leichter und dämmen entsprechend besser, aber sie haben eine geringe bis sehr geringe Festigkeit und eine rauhe Oberfläche. Ihre Funktion ist in erster Linie die eines Putzträgers und/oder Dämmstoffes.Wood wool panels, with densities between around 350 and 550 kg/m 3, are much lighter and provide better insulation, but they have low to very low strength and a rough surface. Their primary function is as a plaster base and/or insulation material.
In dem Bestreben, mineralisch gebundene Faserbaustoffe leichter zu gestalten, werden in der industriellen Praxis Leichtzuschlagstoffe, vorwiegend expandierter Glimmer zugegeben, aber auch Polystyrol und Korkgranulat u. a. Durch sie können die Dichten zwar bis auf ca. 800 kg/m3, z. T. auch darunter gesenkt werden, aber die Festigkeit sinkt dabei umso stärker ab, je stärker die Dichte abgesenkt wird. Ursachen für die ge-In an effort to make mineral-bound fiber building materials lighter, lightweight aggregates, mainly expanded mica, but also polystyrene and cork granulate, are added in industrial practice. These can reduce the density to around 800 kg/m 3 , or even lower, but the strength decreases the more the density is reduced. Reasons for the
Steinkamp 2c, D-32657 Lemgo-Lüerdissen, Germany Phone:05261-14610 ■ Fax: O 52 61-164 O1Steinkamp 2c, D-32657 Lemgo-Lüerdissen, Germany Phone:05261-14610 ■ Fax: O 52 61-164 O1
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ringe Festigkeit sind einerseits, daß expandierte Glimmer, Polystyrolkugeln etc. eine schlechte Anbindung an die Matrix ergeben, andererseits aber auch, daß sie einen sehr geringen oder gar keinen Schlankheitsgrad aufweisen.The disadvantages of low strength are, on the one hand, that expanded mica, polystyrene beads, etc. result in a poor bond to the matrix, but on the other hand, that they have a very low or even no slenderness ratio.
Da mineralisch gebundenen Faserplatten als „Fasern" überwiegend auf Altpapierfaern, teilweise auch Primär-Zellstoff zurückgreifen, welche nur sehr geringe Faserlängen um 1 bis 3 mm aufweisen, gibt es auch Versuche, eine Bewehrung durch längere Glasfasern, Polymerfasern etc. durchzuführen, um dadurch Festigkeit zu begründen. In der Praxis haben sich dabei Probleme mit unzureichender Anbindung der Fasern an die mineralische Matrix bisher als schwer überwindbar herausgestellt, u. a. weil die Oberflächen der Fasern zu glatt sind und keine mechanische Verankerung in der Matrix ermöglichen .Since mineral-bonded fiberboards mainly use waste paper fibers, and sometimes primary pulp, as "fibers", which have very short fiber lengths of around 1 to 3 mm, there are also attempts to reinforce them with longer glass fibers, polymer fibers, etc. in order to provide strength. In practice, problems with inadequate bonding of the fibers to the mineral matrix have so far proven difficult to overcome, among other things because the surfaces of the fibers are too smooth and do not allow mechanical anchoring in the matrix.
Erfindungsgemäß wird ein Baustoff mit mineralischer Matrix und Bestandteilen von nachwachsenden Rohstoffen als Leichtzuschlagsstoff und Bewehrung zur Verfügung gestellt, der sich durch hohe Festigkeit trotz geringer Dichte, guter Wärme- und Schalldämmung und Schwerentflammbarkeit auszeichnet. Diese Eigenschaftskombination ist dadurch begründet, daß als Leichtzuschlagstoff und Bewehrung zugleich nachwachsende Rohstoffe von sehr geringer Dichte aber mit ausgeprägter Faserstruktur ergänzt durch mittellange bis lange Naturfasern verwendet werden. Besonders gut eignen sich hierfür die Bestandteile der Halme von Hanf, Kenaf, Jute u. a. Der holzartige Kern der Halme weist Rohdichten zwischen 200 und 300 kg/m3 auf, ist also nur etwa halb so schwer wie die leichtesten europäische Nadelholzarten. Bei der Gewinnung der Fasern wird der Holzkern zu einem länglichen Granulat gebrochen, in dem größere Mengen an sehr zugfesten Kurzfasern des Bastes zwischen ca. 2 und 20 mm zurückbleiben. Zum Zwecke der erfindungsgemäßen Erzeugung von Bauwerkstoffen geringer Dichte ist dieses Granulat als Leichtzuschlagstoff sehr gut geeignet. Die Festigkeit läßt dagegen aufgrund der grobkörnigen Struktur mit geringem Schlankheitsgrad zu wünschen übrig. Weiterhin sind die Bruchflächen glatt, so daß die Anbindung an die Matrix nicht sehr intensiv ist. Die Festigkeit ist dadurch erheblich gesteigert, daß man das grobe Granulat durch schneidende oder scherende Verarbeitungsvorgänge oder einer Kombination beider weitgehend parallel zu seiner Faserrichtung zerlegt hat, so daß es einen hohen Schlankheitsgrad erhalten hatAccording to the invention, a building material with a mineral matrix and components of renewable raw materials is made available as a lightweight aggregate and reinforcement, which is characterized by high strength despite low density, good heat and sound insulation and flame retardancy. This combination of properties is based on the fact that renewable raw materials of very low density but with a pronounced fiber structure are used as the lightweight aggregate and reinforcement, supplemented by medium to long natural fibers. The components of the stalks of hemp, kenaf, jute and others are particularly suitable for this. The woody core of the stalks has a density of between 200 and 300 kg/m 3 , which means it is only about half as heavy as the lightest European coniferous wood species. When the fibers are extracted, the wood core is broken down into an elongated granulate in which large quantities of very tensile short fibers of the bast between approx. 2 and 20 mm remain. For the purpose of producing low-density building materials according to the invention, this granulate is very well suited as a lightweight aggregate. However, the strength leaves something to be desired due to the coarse-grained structure with a low slenderness ratio. Furthermore, the fracture surfaces are smooth, so that the bond to the matrix is not very intensive. The strength is significantly increased by breaking the coarse granulate down largely parallel to its fiber direction by cutting or shearing processing or a combination of both, so that it has a high slenderness ratio.
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Gleichzeitig hat dabei eine Homogenisierung der Geometrie der nunmehr schlanken Partikel stattgefunden, was eine wichtige Voraussetzung für eine gute Festigkeitsausbildung darstellt. Besonders wichtig für die Festigkeitsausbildung ist, daß bei der Zerlegung der groben Schaben zu schlanken Partikeln eine Aufrauhung bzw. Anfaserung der Oberfläche erfolgt ist, welche durch geeignete Maßnahmen, &zgr;. &Bgr; Erhöhung der Feuchtigkeit, gezielt gesteigert werden kann. Dies bewirkt eine innigere Verbindung zwischen Matrix und Leichtzuschlagstoff indem sich die Vielzahl der abstehenden, feinen Fäserchen der Oberfläche des Leichtzuschlagsstoffes in der Matrix einbetten und so eine innige mechanische Verankerung bewirkt wird. Durch Aufsprühen von geeigneten Versprödern, z. B. Wasserglas, können die Fäserchen zusätzlich stabilisiert und in iher Funktion verbessert werden.At the same time, the geometry of the now slender particles has become homogenized, which is an important prerequisite for good strength development. It is particularly important for strength development that when the coarse particles are broken down into slender particles, the surface has become roughened or fibrilized, which can be increased in a targeted manner by taking suitable measures, such as increasing the moisture content. This creates a closer connection between the matrix and the lightweight aggregate, as the large number of protruding, fine fibers on the surface of the lightweight aggregate become embedded in the matrix, thus creating a close mechanical anchoring. By spraying on suitable embrittling agents, e.g. water glass, the fibers can be further stabilized and their function improved.
Es wurde bereits erwähnt, daß bei der Gewinnung von Bastfasern in der Regel ein gewisser Anteil an Kurzfasern in den Schaben bleibt, die dann in einem weiteren Arbeitsgang ausgesichtet werden, um sie z. B. als Rohstoff für die Papiererzeugung verwenden zu können. Diese Kurzfasern bleiben für den Zweck der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zum sonst üblichen zwischen den Schaben. Ihre Länge stellt ein Vielfaches der Faserlängen dar, die nach dem Stand der Technik zur Herstellung mineralisch gebundener Faserbaustoffe verwendet werden. Auch ihre Festigkeit ist bedeutend höher als die nach dem Stand der Technik verwendeten Altpapierfasern oder Primärzellstoff. Sie stellen somit eine weitere Bewehrung zusätzlich zu den in beschriebener Weise aufbereiteten Schaben dar und ergeben eine erhebliche Steigerung der Festigkeit. Insbesondere ist die gekräuselte Form dieser Fasern geeignet, eine Bewehrung nicht nur parallel zur Oberfläche zu bewirken, sondern auch senkrecht und diagonal dazu. Dadurch wird nicht nur eine erhöhte Biegefestigkeit, sondern auch eine bessere Querzugsfestigkeit bewirkt.It has already been mentioned that when bast fibers are extracted, a certain proportion of short fibers usually remain in the shavings, which are then sorted out in a further process in order to be able to use them, for example, as raw material for paper production. For the purpose of the present invention, these short fibers remain between the shavings, in contrast to what is otherwise usual. Their length is a multiple of the fiber lengths used according to the state of the art to produce mineral-bound fiber building materials. Their strength is also significantly higher than the waste paper fibers or primary pulp used according to the state of the art. They therefore represent additional reinforcement in addition to the shavings processed in the manner described and result in a considerable increase in strength. In particular, the curled shape of these fibers is suitable for providing reinforcement not only parallel to the surface, but also perpendicular and diagonal to it. This not only results in increased bending strength, but also in better transverse tensile strength.
Mineralisch gebundene Faser- und Spanwerkstoffe werden in Fachkreisen wegen ihrer Eigenschaften geschätzt, bei der immer größer werdenden DIY-Anhängerschaft sind sie dagegen vielen Vorbehalten ausgesetzt. Diejenigen Werkstoffe, die ausreichende Festigkeit aufweisen, so daß Kanten und Ecken nicht leicht wegbrechen, sind sehr schwer und ohne Hubmittel nur schwer zu handhaben. Sie können daher fast nur in gewerblichen Anwendungen Fuß fassen. Die leichten mineralisch gebundenen Werk-Mineral-bonded fiber and chip materials are valued in professional circles for their properties, but they are subject to many reservations among the ever-growing DIY following. Those materials that have sufficient strength so that edges and corners do not break away easily are very heavy and difficult to handle without lifting equipment. They can therefore only gain a foothold in commercial applications. The light mineral-bonded materials
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stoffe, welche auch für nicht gewerbliche Zwecke leicht handlebar sind, weisen den Nachteil auf, daß sie leicht brechen, geringe Stützweiten erfordern und für lasttragende oder druck- und stoßbelastete Anwendungen ausscheiden. Das Problem des hohen Gewichtes wird durch die erfindungsgemäße Zufügung genannter Leichtzuschlagstoffe gelöst. Eine nennenswerte Steigerung der Festigkeit ist damit auch verbunden.Materials that are easy to handle even for non-commercial purposes have the disadvantage that they break easily, require small spans and are not suitable for load-bearing or pressure and impact-loaded applications. The problem of the high weight is solved by the addition of the lightweight aggregates mentioned in accordance with the invention. This also results in a significant increase in strength.
Erfindungsgemäß erfährt insbesondere die Biegefestigkeit eine noch weiterere Steigerung, indem Langfasern von Hanf, Flachs, Öl-Lein etc. mit Längen bis 100 mm, vorzugsweise bis 50 mm zugefügt werden, insbesondere in die äußeren Zonen als eine Art Deckschicht. Aus Pflanzen gewonnene Fasern weisen eine rauhe Oberfläche auf, insbesondere, wenn sie ohne vorhergehende Röste erzeugt werden. Die Rauhigkeit fördert die Anbindung an die Matrix stark. Vorteilhaft ist es weiterhin, daß die Fasern als Wirrfaserlage aufgebracht sind, weil die Bettung der Faser dann bei Belastung nicht nur auf Zug beansprucht wird, sondern an Bögen und Windungen verstärkt gegen die Matrix gedrückt und so aufgrund erhöhter Faser/ Matrix-Reibung besser vor dem Herausziehen aus der Matrix geschützt ist. Festigkeitssteigernd ist weiterhin, daß die Wirrfaserlage mit einem Bindemittel beaufschlagt ist, welches die Fasern und Faser-Schäbenverbunde an ihren Kreuzungspunkten miteinander verklebt und so ein Netzwerk bildet, welches bei Belastung ein Gleiten der Fasern gegeneinander verhindert und so ihre festigende Wirkung in der Matrix erhöht. Letztlich ergeben sich beträchtliche weitere Festigkeitsteigerungen dadurch, daß man ein Gewebe z. B. aus Jute, Hanf, Sisal oder synthetischem Material oder Nonwovens mit oder ohne Thermobonding, mit oder ohne Nadelung oder sonstige Verfestigungen in die Matrix einarbeitet, vorzugsweise in die Deckschichten. Dargelegte Maßnahmen zur Festigkeitserhöhung bedeuten zudem auch dekorativen Effekte. Ein vorzugsweise lockeres Gewebe z. B. aus Jute, Sisal o. a. als äußere Deckschicht ein- oder beidseitig auf die mit Leichtzuschlagstoffen und Kurzfasern gefüllte Matrix aufgelegt und in die Matrix so eingepreßt, daß eine gute Haftung zu ihr entsteht ohne sie aber zu überdecken, stellt eine dekorative Strukturoberfläche dar, die nur noch eines Anstrichs nach Einbau bedarf. Hohe Festigkeit und Schönheit werden so gleichzeitig geboten. Rauhfasertapetenähnlich Effekte werden dadurch bewirkt, daß eine oder beide Deckschichten mit den bewehrenden Fasern auch in beschriebener Weise homogenisierte und angefaserte Schaben beinhalten, die nur so weit einpreßt sind, daß sie noch als Strukturoberfläche sichtbar bleiben. According to the invention, the bending strength is further increased by adding long fibers of hemp, flax, oil linseed, etc. with lengths of up to 100 mm, preferably up to 50 mm, particularly in the outer zones as a kind of covering layer. Fibers obtained from plants have a rough surface, especially if they are produced without prior retting. The roughness greatly promotes the bond to the matrix. It is also advantageous that the fibers are applied as a random fiber layer, because the bedding of the fiber is then not only subjected to tensile stress when loaded, but is also pressed against the matrix more strongly at bends and turns and is thus better protected against being pulled out of the matrix due to increased fiber/matrix friction. Another way to increase strength is that the random fiber layer is coated with a binding agent that bonds the fibers and fiber-shiv composites together at their intersection points, thus forming a network that prevents the fibers from sliding against each other when subjected to stress, thus increasing their strengthening effect in the matrix. Finally, considerable further increases in strength can be achieved by incorporating a fabric, e.g. made of jute, hemp, sisal or synthetic material or nonwovens, with or without thermobonding, with or without needling or other strengthening into the matrix, preferably in the cover layers. The measures outlined for increasing strength also have decorative effects. A preferably loose fabric, e.g. made of jute, sisal or similar. as an outer covering layer on one or both sides of the matrix filled with lightweight aggregates and short fibers and pressed into the matrix in such a way that it adheres well to it without covering it, it represents a decorative structural surface that only needs a coat of paint after installation. High strength and beauty are thus offered at the same time. Effects similar to woodchip wallpaper are achieved by one or both covering layers with the reinforcing fibers also containing homogenized and fibrilized scrapings in the manner described, which are only pressed in so far that they still remain visible as a structural surface.
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Eine weitere Gebrauchseigenschaft insbesondere für von Fertigbauelementen besteht darin, daß eine oder beide Oberflächen in beschriebener Weise mit einem festeren Gewebe, Kraftpapier, Nonwoven &ogr;. ä. beschichtet ist und dieses dann als Band oder Scharnier von Foldingelementen fungiert. Zu diesem Zweck können in die Platten in bekannter Weise V-Nuten eingefräst werden, die nich bis auf die Beschichtung gehen. Another useful feature, especially for prefabricated building elements, is that one or both surfaces are coated in the manner described with a stronger fabric, kraft paper, nonwoven etc. and this then functions as a band or hinge for folding elements. For this purpose, V-grooves can be milled into the panels in the usual way, which do not extend to the coating.
Bringt man auf die Fräsflächen sodann ein hochfestes Bindemittel auf und faltet die Flanken der Platte hoch, so daß die Fräsflächen aneinanderzuliegen kommen, dann verkleben sie zu stabilen U-Profile oder C-Profilen. Die bewehrende und/oder dekorative Oberflächenbeschichtung übernimmt im Bereich der Fräsung die Funktion eines Scharniers, welches den Faltvorgang in bekannter Weise ermöglicht.If you then apply a high-strength binding agent to the milled surfaces and fold up the sides of the panel so that the milled surfaces lie against each other, they bond together to form stable U-profiles or C-profiles. The reinforcing and/or decorative surface coating takes on the function of a hinge in the milled area, which enables the folding process in the known manner.
Leichtzuschlagstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen im Sinne des vorliegenden Schutzbegehrens sind auch leichte, parenchymhaltige Pflanzenbestandteile z. B. des Sonnenblumenstengels oder -tellers, der Maiskolben, der Maisstengel, wobei letztere auch einen wertvollen Faseranteil mit beträchtlicher Festigkeit enthalten. Auch aus einigen besonders leichten Holzarten, z. B. Pappel und Weide lassen sich Leichtzuschlagstoffe im Sinne vorliegender Anmeldung erzeugen, zumal sich Weide und Pappel im Zuge der Zerspanung bei richtiger Feuchtigkeit und gezielter Werkzeugauswahl in sehr vorteilhafter Weise kräuseln und eine faserige Oberfläche entwicklen, die beide die Haftung an die Matrix fördern.Lightweight aggregates from renewable raw materials within the meaning of the present application for protection also include light, parenchyma-containing plant components, e.g. sunflower stalks or plates, corn cobs, corn stalks, the latter of which also contain a valuable fiber content with considerable strength. Lightweight aggregates within the meaning of the present application can also be produced from some particularly light types of wood, e.g. poplar and willow, especially since willow and poplar curl in a very advantageous way during machining with the right moisture and targeted tool selection and develop a fibrous surface, both of which promote adhesion to the matrix.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29804391U DE29804391U1 (en) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | Mineral-bound building material of low density and high strength |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29804391U DE29804391U1 (en) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | Mineral-bound building material of low density and high strength |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29804391U1 true DE29804391U1 (en) | 1998-05-14 |
Family
ID=8054013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29804391U Expired - Lifetime DE29804391U1 (en) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | Mineral-bound building material of low density and high strength |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29804391U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2784374A1 (en) * | 1998-10-13 | 2000-04-14 | Scop Chanvriere Du Belon | Construction or renovation material production, e.g. heat and sound insulating material, comprises mixing lime binder, water and hemp aggregate |
-
1998
- 1998-03-12 DE DE29804391U patent/DE29804391U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2784374A1 (en) * | 1998-10-13 | 2000-04-14 | Scop Chanvriere Du Belon | Construction or renovation material production, e.g. heat and sound insulating material, comprises mixing lime binder, water and hemp aggregate |
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