DE3241798A1

DE3241798A1 - Herstellung von schall- und waermedaemmenden bauelementen

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Publication number: DE3241798A1
Application number: DE19823241798
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1984-05-17

Description

Herstellung von schall- und wärmedämmenden
Bauelementen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von schall- und wärmedämmenden Bauelementen wie Außen-, Innenwänden, Boden-, Deckenteilen und Formteilen, die zum Aufbau der vorgenannten Elemente dienen-kdnnen. Solche Bauteile und zu ihrer Erstellung ggf. geeigneten Formteile können nach dem hier beschriebenen Verfahren vorgefertigt und danach montiert, aber auch am Bauort unmittelbar hergestellt werden.
Um den bestehenden erhöhten Anforderungen an Wärme- und Schalldämmung gerecht zu werden, ist es üblich die Wirkung der Schall- und Wärmedämmung konventioneller Baustoffe durch Einführen leichter Dämmstoffe und geeigneter konstruktiver Maßnahmen zu ergänzen. Diese komplizieren den Aufbau eines Bauelements, da die divergierenden Eigenschaften der damit verwendeten Baustoffe ebenso wie ihr Zusammenwirken bautechnisch zu berücksichtigen sind. Sie sind außerdem mit einem nicht unbeträchtlichen zusätzlichen Kostenaufwand verbunden.
Wird auf solche isolierende Maßnahmen verzichtet, -so entsteht mit In-Kauf-Nahme einer erhöhten Wanddicke ein nicht unbeträchtlicher Raumverlust, insbesondere bei kleineren Bauten. Er beträgt z.B. bei einer Grundfläche von 72 qrn 5,6 %, wenn die Dicke der Außenwand von 20 auf 32 cm angehoben werden muß.
Die für Schall- und Wärmedämmung entaegengesetzten Voraussetzungen in Raumdichte und dem Flachengewicht der Bauelemente und etwaige störende Nebeneffekte durch Biegesteifigkeit, Resonanz, undichte Fugen, unterschiedliche Wasserdampfdurchlässigkeit, Kondenzwasserbildung u.a.m.
und die damit verbundene notwendige Technik unterstreichen die sich dabei herausbildenden Schwierigkeiten.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt die Herstellung der vorerwähnten Bauelemente durch Verwendung eines schall- und wärmedämmenden Leichtbaustoffes zu verbessern und zu vereinfachen.
Zu den bekannten Leichtbaustoffen gehören: 1. Mineralische, meist geblähte Stoffe wie Bims, Blähton, Schlacke, Perlit, Vermiculit, geblähtes Borsilikatglas, Polystyrolschaumperlen die mit Wasser abbindenden Stoffen wie Zement, Gips gemischt und unter Formgebung ausgehärtet werden.
2. In der Form durch eingebrachte oder abgespaltene Gase, geblähter Beton oder Gips ( - Gasbeton, Schaumbeton, Porengips -3. Mit Zement, Magnesit oder Harz unter Pressen gebundene Holzspäne bzw. grobe cellulosehaltige Fasern. ( - Holzwolle-Leichtbauplatten -4. Expandierte Mineralien wie Blähglas, Blähton gebunden durch einen in der Form entstehenden Schaum aus Polyester oder Polyurethan ( - Polyester-Leichtbeton -Während sich die unter 1) genannten Leichtbetone im Schüttverfahren in der offenen Form drucklos verarbeiten lassen, werden die unter 2) bis 4) genannten Produkte unter Druck in geschlossener Form, teilweise unter Dampf ausgehärtet.
Alle 4 Typen besitzen als bindende Masse ein hartes relativ sprödes Material. Die Schalldämmung differiert ebenso wie die Wärmedämmung nicht unerheblich. Mit keinem Material läßt sich bei einschaligen Wänden geringerer Dicke und niedrigerem Flächengewicht z.B. von 25 kg/qm ein bewertes Schalldämmaß von 35 dB erreichen. In der Literatur (1) sind z.B. aufgeführt: Wandausführung Flächengewicht bewertetes Schalldämmaß Bimsbetonplatte 110 kg 36 dB Gipsplatten mit Einlagen v. Holzwolle-Leichtbauplatten 70 kg 35 dB Porengipsplatte 62 kg 35 dB Gasbetonpiatte 85 kg 37 dB Holzwolle-Leichtbauplatte verputzt 50 kg 37 dB Während der Einsatz der Produkte unter 1) sowohl in der Vorfertigung wie an der Baustelle möglich ist, ist die Herstellung von Formteilen aus Gasbeton, Polyester-Leichtbeton und Holzwolle-Leichtbauplatten an besondere Formen und Verarbeitungsmaßnahmen gebunden, die sich nicht ohne weiteres an der Baustelle realisieren lassen. Ziel der Erfindung ist jedoch ein Verfahren, das sich sowohl in der Vorfertigung als auch an der Baustelle einsetzen läßt.
Ein weiterer Nachteil der vorgenannten bekannten Verfahren sind, Gips und Polyester-Leichtbeton ausgenommen, die langen Härtungszeiten, das die Verarbeitung erschwerende hohe Gewicht des Schüttgutes und der damit verbundene zusätzliche Schalungsaufwand.
Eine wichtige Voraussetzung, die sich nicht ohne weiteres auf andere Stoffgruppen übertragen läßt, ist die Angleichung des Wärmeausdehnungskoeffizienten an den der konventionellen Baustoffe wie Beton, Stein, Stahl auf eine Größenordnung von etwa a = 10 x 10 6. Insbesondere bei Runststoffen bereitet dies Schwierigkeiten, da diese erheblich höhere Ausdehnungskoeffizienten besitzen..Ebenso ist es erforderlich das Quellverhalten bei Einwirkung von Feuchtigkeit und etwaige Schwindung auf ein Minimum zu reduzieren.Die mechanischen Eigenschaften müssen sich weitgehend den konventionellen Leichtbaustoffen anpassen.
Die Problematik der Wandfeuchte, der Wasseraufnahme eines Baustoffs, - dessen Wärmeleitfähigkeit sich u.U. dadurch erhöht, - der Einführung von Dampfsperren, - um die Kondenzwasserbildung zu verhindern, - wird zumindest vereinfacht, 1. wenn ein einheitlicher Baustoff mit erhöhter Wärmedämmung verwendet wird 2. wenn dieser Baustoff einen niedrigen Diffusionswiderstand gegen Wasserdampf besitzt 3. aufgenommene Feuchtigkeit beschleunigt abgibt 4. bei normaler relativer Luftfeuchtigkeit (zwischen 40 und 80 %) sich auf einen möglichst niedrigen Feuchtigkeitsgehalt einstellt, 5. wenn ohne zusätzliche Erschwernisse für eine Belüftung der Außenseite der Wandung durch vorgehängte Schalung oder eine Beschichtung mit ausreichender Durchlässigkeit für Wasserdampf Sorge getragen werden kann.
Danach erscheint es von erheblichem Vorteil die Atrungsfähigkeit des Bauelementes zu aktivieren und nicht zu reduzieren.
Geht man wie dies hier dargestellt ist von einem offenporösen Baustoff aus, so muß gewährleistet sein, daß wo dies erforderlich ist,eine Versiegelung erfolgen kann, z.B. mit Bitumen, Harzen, wässrigen filmbildenden Kunststoffdispersionen durch fluatieren (z.B. Magnesiumfluorosilikat) aber auch durch hydrophobieren mit Paraffinemulsionen, Silikonpräparaten u.a. Schließlich muß auch eine ausreichende Frostbeständigkeit bei erhöhtem Wassergehalt des Materials gesichert sein.
Das Verbinden der infrage stehenden Bauelemente unter sich wie mit anderen Baustoffen durch Verschrauben, Verkleben ebenso das Beschichten und Verkleiden mit handelsüblichen Produkten muß gewährleistet sein.
Die durch die Forderung nach besserer Schall- und Wärmeisolierung hervorgerufene Entwicklung und ihre Lösungen und die darüber hinaus gehenden Zielvorstellungen für die Leichtbaustoffe, wie oben bereits erwähnt, zeigen daß wesentliche Verbesserungen, die vor allem zu einer Vereinfachung der Bauverfahren führen, mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden sind.
In der deutschen Patentschrift 22 56 496 wird ein Verfahren zur Herstellung von porösen Feststoffen beschrieben, indem eine Wasser-ina Emulsion mit 25 bis 90 Gew. -Teilen Wasser mit einer polymerisierbaren bzw. härtbaren Flüssigkeit gebildet wird und diese nach Einstellung in ihrem Dispersionsgrad in einem für die betreffende Emulsion charakteristischen Bereich nach Formgebung ausgehärtet wird. Es wird nachgewiesen, daß während der Polymerisation ein teilweiser Phasenumschlag eintritt. Der Charakter der resultierenden Materialstruktur d.h. der Anteil an offenen Zellen und damit die Möglichkeit der raschen Entwässerung wird damit bestimmt. Ein Nachteil des an sich bekannten alten Verfahrens war, daß durch die mit der Wasser-in-öl-Emulsion vorgegebene geschlossenporige Struktur des Materials sich die Entwässerung über Monate und Jahre hinzog und damit auch die Schwindung, was zu Verwerfungen und Verzug der Formteile führte.
Dieser Nachteil wurde behoben.
Für bestimmte Zwecke schien zunächst die mit dem alten Verfahren erreichte Retention des Wassers von Vorteil, da die Brennbarkeit dadurch beträchtlich herabgesetzt wurde.
Die mit der vollständigen Entwässerung verbundene erhöhte Brennbarkeit des Materials konnte durch Einführen von pulverförmigen anorganischen Feststoffen (DPA 23 55 597.7-44) beträchtlich herabgesetzt werden. Nach diesem Verfahren werden in 100 Gew.Teilen Emulsion mindestens 5 vorzugsweise 20-30 Gew.TeLle eines nicht brennbaren anorganischen Stoffes oder Stoffgemisches der Emulsion zugesetzt. Zusätzlich ist es möglich durch Zugabe von Verbindungen, die bei höheren Temperaturen Gase z.B.Stickstoff, C02 abspalten und Zuschläge von geblähten anorganischen Stoffen wie Perlit, Glas, Vermiculite, Schlakke, Bims die Entflammbarkeit weiter zu reduzieren.
Unzweifelhaft wurde dadurch die Brennbarkeit der Produkte herabgesetzt. Jedoch spielten der sehr gering angenommene Wassergehalt, der sich für Baustoffe zwischen 3 % bis 5 % und bei Holz sogar um 10 % bewegen, bei den Materialien dieser Verfahrenstechnik eine besondere Rolle. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß selbst bei erheblichen Anteilen mineralischer Füllstoffe der Restwassergehalt in dem porösen Produkt auf Werte unter 1 Vol.% absinkt und damit die Brennbarkeit wieder zunimmt. Das heißt, die mit dem Verfahren offenbarte Herabsetzung der Brennbarkeit war geringer als angenommen.
Mit dem neuen Verfahren werden die vorgenannten Nachteile für Baustoffe allgemein und speziell der angefÜhrten Verfahren für die Herstellung von Bauelementen und Formteilen, die zu ihrem Aufbau dienen, behoben.
Nach der Erfindung zur Herstellung von wärme- und schalldämmenden Bauelementen und Formteilen, die zu ihrer Herstellung dienen, wird als Binder für 1 Schüttvolumenteil körniger, vorzugsweise mineralischer Zuschlagstoffe, mit einem Korndurchmesser von wenigstens 2 mm, 0,3 bis 3 Vol.-Teile einer Wasser-in-Ol-Emulsion verwendet, die in 100 Gew.Teilen a) 8 bis 15 Gew.Teile eines flüssigen mit Wasser emulgierbaren, härtbaren Stoffes oder Stoffgemisches b) 1,25 a) bis 6,5 a) oder 100 - (a+c) Gew.Teile Wasser c) 0,7 a) bis 6 a) oder 100 - (a+b) Gew.Teile pulverförmiger Feststoffe, d) Emulgatoren zur Bildung der Wasser-in-Öl-Emulsion, die in einem Dispersionsbereich eingestellt wird, in dem nach Aushärten eine weitgehend offenporöse Materialstruktur entsteht, e) Polymerisations-Katalysatoren und/oder Beschleuniger enthält, mit den Komponenten a) bis e) die WO-Emulsion bildet, diese mit den Zuschlagstoffen vermischt und das aus Emulsion und Zuschlagstoffen bestehende Gemisch nach Formgebung, falls erforderlich unter Druck und/oder Wärmezufuhr aushärtet.
Als körnige Zuschlagstoffe kobllflen Materialien infrage die mit der Wasser-in-Öl-Emulsion verträglich sind und einen Korndurchmesser von wenigstens 2 mm besitzen.
Z.B. können verwendet werden geblähte Mineralien wie Blähton, Blähschiefer, Vermiculite, Perlite, Bims, geblähtes Glas, Blah-Silikate, jedoch auch nichtgeblähte Mineralien wie Quarz, grober Sand bzw. Kies.
Als bindende Komponente a) werden Polyester-Gießharze bevorzugt verwendet, die aus mehrbasischen ungesättigten Carbonsäuren wie Maleinsäure, Fumarsäure, Itakonsäure oder deren Anhydride, aber auch aus gesättigten mehrbasichen Säuren wie Phtalsäure, Isophtalsäure, Terephtalatsäure und gesättigten 2-wertigen Alkoholen wie Athylenglykol, Propylenglykol, Neopenthylglykol hergestellt werden und gelöst in Monomeren wie z.B. Styrol, die mit den ungesättigten Polyester mischpolymerisieren, enthalten sind. Die Verwendung anderer Harztypen wie z.B.
Epoxid-, Phenol-, Formaldehyd-, Melamin-, Harnstoff,-Methacrylat-Harze auch als Zusatz sind möglich, eventuell um spezielle Effekte zu erzielen.
Der Gehalt an Styrol liegt in handeslüblichen UP-Harzen im allgemeinen zwischen 30 bis 35 %. Zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit des Endproduktes wird bevorzugt mit Methacrylsäuremethylestsr der monomere Anteil auf 40 8 bis 80 % erhöht, im Verhältnis von Styrol zu Methacrylat 1:7 bis 7:1.
Der UP-Harzgehalt (Harz + Monomere) kann bezogen auf das Gesamtvolumen aus Emulsion (Komponente a bis e) und den Zuschlagstoffen 5 bis 15 Vol.% betragen.
Die Wassermengen b) stehen zu den Komponenten der Emulsion a) und c) in bestimmtem Verhältnis. Wird die untere Grenze für b) unterschritten, so versprödet das Material.
Im Maximalbereich für b) verliert die Emulsion an Haftfähigkeit zu den Zuschlagstoffen.
Die pulverförmigen Feststoffe c) bestehen im Wesentlichen aus nichtbrennbaren, anorganischen, in Wasser unlöslichen bzw. nur geringfügig löslichen Verbindungen, insbesondere der Leichtmetalle, Calzium, Aluminium, Magnesium o.Barium wie z.B. CaC03, Al(OH)3, MgSiO3, BaS04, in Pulverform.
Diese Feststoffe liegen mit ihrem mittleren Teilchengrößenbereich unter 1 m bis etwa 60 m. Bevorzugt werden Gemische dieser pulverförmigen Feststoffe aus Aluminiumhydroxid und Kreide.
Die pulverförmigen Feststoffe dienen vor allem zur Herabsetzung der Entflammbarkeit des Materials und der Einstellung des Wärmeausdehnungskoeffizienten. Sie können u.U. auch die mit groben Zuschlagstoffen eingebrachten Nachteile ausgleichen. Z.B. läßt sich die Druckfestigkeit die durch sehr leichte Zuschlagstoffe wie z.B. Vermiculite und Perlite beeinträchtig wird, durch einen höheren pulverförmigen Feststoffgehalt in der Emulsion kompensieren. Die pulverförmigen Feststoffe sollen mindestens mit 7/10 des Harzgehaltes in der Emulsion enthalten sein. Sie können bis zum vielfachen Anteil des Harzes zugegeben werden, wobei eine Hydrophobierung mit z.B. Paraffin, Wachse, Stearate der pulverförmigen Be- standteile von Vorteil sein kann. Dies gilt auch für die Zuschlagstoffe.
Erst die Kombination der mineralischen Bestandteile,der pulverförmigen Feststoffe c) in der Emulsion mit den nachträglich zugesetzten Zuschlagstoffen wird eine gute Flammfestigkeit des Endproduktes unter Verzicht auf typische Flammhemmittel auf Halogenbasis erreicht.
Zur Bildung der Wasser-in-öl-Emulsion bzw. Wasser-in-Harz-Emulsion werden Emulgatoren d) als Hilfsmittel verwendet. U.a. bieten sich dazu folgende Möglichkeiten.
Die Emulgierung kann durch Neutralisieren der freien Säuregruppen des ungesättigten Polyesterharzes mit alkalisch reagierenden Verbindungen wie z.B. Triäthanolamin, Magnesiumoxid u.a. erfolgen. Die ungesättigten Polyester wirken dadurch selbstemulgierend.
Zum Emulgieren werden nichtionische, oberflächenaktive Emulgiermittel, als WO-Emulgatoren (0,1 - 3,5 g der Harzmenge ) verwendet, z.B. Polyalkylenoxid-Blockcopolymere, die aus Propylenoxid und Athylenoxid hergestellt werden und sich für diese Zwecke bewährten. Es können jedoch auch verschiedene WO-Emulgatortypen kombiniert werden.
Von besonderem Vorteil ist die Kombination vorgenannter Emulgatoren mit Kalzium-, Magnesium-, Aluminium-Stearat, zur Stabilisierung der Emulsion und Hydrophobierung des Endproduktes (0,1 bis 3 8 der Harzmenge).
Je nach Art des Emulgiermittels, dem Gehalt an hydrophoben bzw. hydrophilen Gruppen im Molekül, dem mengenmäßigen Zusatz und der Rührintensität ändert sich die Feinverteilung des Wassers in der Harzphase und die Viskosität der Emulsion. Sie kann bei der Einstellung der Emulsion in einen Dispersionsbereich, in dem nach ihrer Aushärtung ein überwiegend offene Zellstruktur entsteht als Kriterium dienen, wie dies in der DP 22 56 496 offenbart ist.
Mit wenigen Vorversuchen läßt sich unter Kontrolle der steigenden Viskosität der Emulsion, die durch steigende Emulgiermittelzusätze erreicht wird mit kleinen Proben, die aus gehärtet sind der günstigste Bereich durch Absaugen des Wassers und der Trocknungsgeschwindigkeit ermitteln, indem ein offenzelliges Produkt erhalten wird.
Ein überwiegend offenporöses Material liegt z.B. vor, wenn eine aus der Emulsion hergestellte Probe mit den Abmessungen von 6 x 6 x 2 cm bei Raumtemperatur von 20 Grad C und relativer Luftfeuchtigkeit von 50 % innerhalb von 2 bis 3 Tagen durch Trocknen 60 bis 70 % des Emulsionswassers verliert oder durch Absaugen zu entfernen ist.
Als Polymerisationskatalysatoren und Beschleuniger e) können die üblichen für Polyester-Gießharze verwendeten Redoxsysteme aus organischen Peroxiden und tertiären Aminen wie Benzoyl-, Lauroyl-Peroxid und als Beschleuniger NN-Dymethylanilin oder N-Dymethyl-p-toluidin eingesetzt werden.
Eine erhebliche Verkürzung der Formstandzeit und Verlängerung der Verarbeitungszeit läßt sich durch Einwirkung von Microwellen erreichen. Härter- und .Beschleunigeranteile lassen sich reduzieren. Das Aufheizen auf ca. 50 Grad C vollzieht sich in wenigen Minuten, die Durchhärtung bis zur Entformung wird beträchtlich verkürzt.
Von Vorteil kann auch die Härtung unter Druck sein vor allem, wenn die Oberflächen mit Fasern, Vliesen oder Geweben armiert werden, da die Emulsion die eingelegten Textilien unter Druck besser durchdringen.
Unter dem Druck verdichtet sich die an der Oberfläche befindliche Emulsion (durch Wasserabgabe) und erreicht nach der Härtung gegenüber dem Kern eine höhere Festigkeit.
Um die Biegefestigkeit zu erhöhen, können dem aus Emulsion und Zuschlagstoffen bestehenden Gemisch textile Fasern in Längen von etwa 2 bis 15 mm aus Glas-oder Textilfasern synthetischer oder natürlicher Provenienz in geringen Mengen bis 8 Gew.% des Harzanteils zugemischt werden.
Besonders feste und gute Oberflächen sind zu erhalten, wenn Glasfasern mit einer Harz-in-Wasser-Emulsion zur Formauskleidung z.B. im Faser-Spritz-Verfahren auf die Formoberfläche aufgetragen werden. In die so vorbehandelten Formteile kann bereits nach kurzer Vorhärtung die Emulsion mit den Zuschlagstoffen vermischt, eingeschüttet und ausgehärtet werden. Mit dieser Technik lassen sich die erforderlichen Formen auch als Formschalen mit geeigneter Wandstärke (z.B. 2-4 mm) vorfertigen. Das Wasser der Schüttung entweicht durch die porösen Formschalen hindurch.
Für die Formgebung werden am besten Formen verwendet, die mit Polyäthylen oder Polypropylen ausgekleidet sind.
Auf Trennmittel kann dann verzichtet werden.
Bei planparallelen Formteilen sind auf der Oberfläche aufgesetzte Längs- eventuell auch Querprofile, die durch Aussparungen in der Formoberfläche erhalten werden, von Interesse. Es wird damit eine Distanzierung geschaffen, Zwischenräume, die der Belüftung bei vorgesetzter Verblendung ebenso wie der Aufnahme von Leitungen, stützen- den Konstruktionsteilen,aber auch einer zusätzlichen Schall- und Wärmeisolierung (Fig. 1-3), und die gebildeten Stege der Befestigung einer Beplankung dienen können.
Das Verfahren gestattet die Erstellung von Wänden in beliebiger Dicke am Bauort ebenso wie die Vorfertigung in Serie durch Aufschütten einer Schalung, die auch als gleitende Schalung ausgelegt sein kann, um den Schalung aufwand zu reduzieren. (Fig. 4i5) Die Verbindung einzelner Wandteile läßt sich z.B. mechanisch durch Ausbildung von Nut und Feder an der schmalen Stirnseite des Wandteils durch eingegossene Anker oder durch Verkleben und Verschrauben erreichen.(Fig.f-82-3) Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die schnelle Durchhärtung des Materials, aber auch die einwandfreie Oberfläche, die durch Einziehen einer leichten T.extillage auf die Schalung vor Einschütten des Materials erhalten wird. Auf diese Weise kann eine streich- und tapezierfähige Oberfläche erhalten werden. Dazu eignen sich Vliese oder Gewebe aus Glas oder Textilfasern gleichermaßen. Eine dadurch entstandene leichtere Entflammbarkeit der Oberfläche ist durch Auftragen wasserlöslicher Flammhemmittel z.B. Wasserglas, Ammoniumphosphat u.ä. zu beheben.
Die im Folgenden aufgeführten mechanischen und bauphysikalischen Eigenschaften der Materialien aus welchen die Bauelemente nach der Erfindung bestehen, zeigen auf welche Vorteile damit verbunden sind.
Mit der offenen Porenstruktur wird ein Dampfdiffussionswiderstand von p = 2 bis 10 erreicht, Werte die auch der mineralische Leichtbeton aufweist.
Das Material zeichnet sich durch sehr gute Wärmedämmung aus, die mit Wärmeleitzahlen zwischen 0,045 und 0,1 für 1 einzustellen ist (bei Raumgewicht zwischen 350 und 600 kg/cbm).
Der Wassergehalt des Materials liegt bei 60 % relativer Luftfeuchtigkeit, luftrocken etwa zwischen 0,1 bis 0,3 Vol.%, dies zeigt, daß die Bauelemente eine günstige wasserabweisende Wirkung besitzen. Feuchtigkeit trocknet daher überraschend schnell aus.
Die Quellung in Wasser ist wesentlich niedriger als die bekannter Baustoffe wie Kalksandstein (0,4 mm/m), Gasbeton (1,0), Beton (0,1-0,3), sie liegt im Bereich von 0,16 bis 0,2 mm/m.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist für Bauelemente von ausschlaggebender Wichtigkeit. Mit von der Wärmeausdehnung abhängig ist die Verträglichkeit mit anderen Baustoffen. Bei Bauelementen nach der Erfindung werden Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Temperaturen von + 20 Grad C für g von 10 x 10 6 bis 12 x 10 6 erreicht. Damit liegt das Produkt mit seinem Wärmeausdehnungskoeffizienten fast auf gleicher Höhe wie Beton, Stahl und Stein ( 2 = 9 bis 12 x 106) Die Druckfestigkeit, die bei Raumgewichten von 350 bis 600 kg/cbm im mittleren Bereich zwischen 1-4,0 N/qmm liegt ist vor allem von dem Harz-, dem Füllstoffgehalt an feinpulvrigen Feststoffen und dem Gesamtporenvolumen abhängig.
Die Biegefestigkeit bei dem o.a. Raumgewicht weist Werte zwischen 8 - 12 und 50 kp/qcm auf. Sie kann beträchtlich durch Armierung z.B. mit Textilfasern, Vliesen und Geweben angehoben werden.
Im Gegensatz zu vielen Leichtwandkonstruktionen, aber auch einigen Leichtbaustoffen wird eine gute Schrauben- auszugsfestigkeit erreicht. Holzschrauben mit 5 mm Durchmesser halten bei einer Einschraubtiefe von etwa 50 mm eine Zugbelastung bis etwa 60 kg aus. (Bei Raumgewicht von 0,5). (Mit Harzinjektion steigt sie bis auf über .
200 kg anl.
Wiedererwarten konnte auch für einschalige Bauelemente bei außergewöhnlichen niedrigem Flächengewicht eine gute Schalldämmung erreicht werden. Die Vereinigung von guter Schall- und Wärmedämmung in einem abnorm niedrigen Raumgewichtsbereich ergab sich im Wesentlichen aus der Veränderung der Materialstruktur, die sich bei den nach dem Verfahren hergestellten härtbaren WO-Emulsion mit niedrigem Raumgewicht einstellt. Erstaunlicherweise wird durch Zusatz von pulverförmigen, anorganischen Feststoffen, die durch die Wasser-in-Ul-Emulsion vorgegebene Materialstruktur und die damit erworbenen Eigenschaften wenig geändert. Das durch die Emulsion entstehende offene mikrozelluläre Material besitzt offensichtlich eine geringere Konvektion als expandierte Schäume gleicher Dichte und dämmt als Binder körniger mineralischer Zuschlägen wesentlich besser den Schall als hydraulische Bindemittel oder durch Auftreiben geschäumte Harze.
Die mit der Erfindung vorgegebene Zusammensetzung der als Binder verwendeten füllstoffhaltigen Harz-in-Ul-Emulsion zusammen mit mineralischen Zuschlägen in bestimmter Korngröße ermöglichte erst Schall- und Wärmedämmung in einem Leichtbaumaterial mit günstigen Werten zu vereinen.
Für 50 mm dicke Wandteile mit einem Flächengewicht von 24 kg/gm wurde ein mittleres Schalldämmaß von 32 dB und ein bewertetes Schalldämmaß von 35 dB festgestellt.
Für die gleiche Schalldämmung ist bei einschaligen Wänden z.B. eine 80 mm dicke Gipsplatte mit Einlage von Holzwoll-eichtbauplatten und einem Flächengewicht von 70 ko/qm oder eine Porengipsplatte 100 mm dick mit einem Flächen- gewicht von 62 kg erforderlich.
Erstaunlich ist der Feuerwiderstand den diese Bauelemente besitzen. Bei Versuchen mit Brandschächten, die aus 5 cm dicken Plattenmaterial zusammengesetzt waren, (Maße für den Schachtinnenraum 45 x 45 x 120 cm), wurden 2 kg Dieselöl in einer Pfanne am Schachtboden unter Luftzufuhr von unten, abgebrannt. Auf der Außenwand wurde ein Temperaturanstieg von 18 auf 50 - 60 Grad C nach 30 - 40 Minuten gemessen. Das Dieselöl brannte aus, ohne daß die Außenhaut irgendwie beschädigt war. Die Zerstörungstiefe der Innenwand betrug 15 - 20 mm. Die Versuchsplatten enthielten keine zusätzlichen Flammschutznittel.
Die nach dem Verfahren hergestellten Bauelemente lassen sich mit den üblichen Verarbeitungsmethoden und Werkzeugen bearbeiten und insbesondere auch aufgrund des im neutralen Bereich liegenden PH-Wertes mit preisgünstigen Klebern und Lacken behandeln und beschichten.
Das Vorgehen nach der Erfindung wird im Folgenden beispielhaft dargestellt. Ausgangsprodukte für die nachstehenden Beispiele sind.
Körnige Zuschlagstoffe (= KZS) 1. Perlit Körnung: 2-6 mm, Schüttdichte 150 kg/cbm 2. Blähton Körnung: 2-8 mm, Schüttdichte 325 kg/cbm 3. Blähsilikat Körnung: 3-4 mm, Schüttdichte 160 kg/cbm für a) Polvestergießharz, Styrolanteil 35 Gew.% verdünnt mit Methacrylsäuremethylester (75 Gew.Teile Harz + 25 Gew.
Teile MMA) für b) Wasser für c) pulverförmige Fes-t-Te 1. Aluminiumhydroxid mittlerer Teilchengrößendurchmesser: 50,/f/m 2. Kreide mittlerer Teilchengrößendurchmesser: 40 für d) Emulgatoren 1. ein nichtionogenes Polyätherglykol (Blockpolymeres) mit einem Molekulargewicht des hydrophoben Polyoxypropylenanteils von 4000 und 30 % hydrophilen Gruppen im Gesamtmolekül 2. ein Polyätherglykol wie vor, jedoch mit einem Molekulargewicht des hydrophoben Anteils von 3250 3. Magnesiumstearat 4. Calziumstearat für e) Polvmerisationskatalysatoren und Beschleuniger 1. Benzoylperoxid mit Weichmachern phlegmatisiert (50 %-tig) 2. Beschleuniger NN-dimethyl-p-toluidin oder Dimethylanilin (50 %-tig in Weichmacher gelöst) Grundsätzlich kann man so vorgehen, daß zunächst in dem mit Monomeren verdünnten UP-Harz die Emulgatoren d/1 oder d/2 sowie der Katalysator e/1 oder Beschleuniger e/2 gelöst werden. Anschließend mischt man die erforderlichen Mengen der Komponenten c) und d) 3/4 hinzu und läßt diese entlüften. Dem Harz wird sodann die erforderliche Menge Wasser durch langsames Einrühren zugesetzt und die Wasser-in-Ol-Emulsion gebildet. Die Reihenfolge der Zugabe dieser Komponenten kann geändert werden, wenn dies erforderlich ist, z.B. aufgrund der steigenden Viskosität bei Zugabe der Komponeten c), kann ein Teil dieser in die Emulsion eingerührt werden.
Vor dem Vermischen der Emulsion mit den Zuschlagstoffen KZS setzt man die noch fehlende Komponente e) Katalysator oder Beschleuniger zu und mischt die Emulsion z.B. im Freifallmischer unter die gekörnten Zuschlagstoffe oder umgekehrt.
Gelier- und Härtungszeit lassen sich in einem weiten Bereich durch entsprechende Einstellung der Komponente e) Katalysator und Beschleuniger und Temperatur variieren.
In die Emulsion oder beim Mischen im Freifallmischer können die vorerwähnten Glasfasern 2-8 Ge. bezogen auf den Harzanteil zugesetzt werden.
Das zur Schüttung fertige Gemisch wird in Formen eingetragen, die mit Polypropylen ausgekleidet sind. Auf die Formwand werden vorher zur Verstärkung und Entlüftung der Oberfläche, sofern dies notwendig erscheint Vliese z.B. aus Glas-, Synthetik- oder Zellulosefasern aufgelegt.
Man kann jedoch auch wie schon angeführt, im Faser-Spritz-Verfahren unter Verwendung einer WO-Emulsion mit höherem Harzgehalt (ca. 15 - 25 Gew.% der Emulsion) auf die Formwand eine Beschichtung zur Vergütung der Oberfläche aufbringen.
Die Formgebung kann in horizontal liegenden Formen eventuell unter Druck und Erwärmung, aber auch durch Eintragen des härtbaren Gemisches in eine stehende Schalung, erfolgen. Je nach Einstellung mit Katalysatoren und Temperatur kann innerhalb 10 bis 40 Minuten bereits entformt werden.
Das mit der Emulsion eingebrachte Wasser trocknet unter Belüftung bei Raumtemperaturen zwischen 15 und 20 Grad C innerhalb weniger Tage, je nach Dicke der Teile, heraus.
Die rezeptmäßige Zusammensetzung der Beispiele ist in der folgenden Tabelle zusammengestellt, ebenso die damit erreichten mechanischen Eigenschaften und bauphysikalischen Daten.
Die in den Beispielen angeführten Emulgatoren und Emulgatorgemische wurden mit der Emulsion durch Härtungsproben vorgeprüft und entsprechend eingestellt.
Kombinationen der für e/1 und e/2 genannten Emulgiermittel mit den Feststoff-Emulgatoren Al-, Calzium- und Magnesiumstearat wird bevorzugt verwendet.
Die bei nichtionischen, oberflächenaktiven Mitteln zumeist auftretende starke Steigerung der Viskosität bei steigendem Emulgatorgehalt und höherer Rührintensität tritt mit dem Emulgator e/1 in Kombination mit Calzium-und Magnesiumstearat nur geringfügig auf. Das hat zur Folge, daß mit der Verwendung dieses für die e-Komponente genannten Emulgators von vornherein ein günstiger Dispersionsbereich, der zu überwiegend offenzelligen Produkten führt, eingestellt ist.
Der Zusatz von Steraten der Leichtmetalle Al, Ca, Mg in geringen Mengen von 0,1 bis ca. 3 % bezogen auf den Harzanteil neben anderen verwendeten Wo Emulgatoren hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn hohe Wasser- und Feststoffanteile in der Emulsion erforderlich sind.
Die Komponente c) kann teilweise durch andere pulverförmige Füllstoffe wie Mikrohohlkugeln z.B. aus Glasr Keramik, Borsilikat oder Flugasche mit niedrigem spezifischen Gewicht ersetzt werden. Die für Komponente c) angegebenen Produkte wie Al(OH)3 und CBCO müssen jedoch wenigstens 7/10 des Harzgewichts bzw. polymerisierbaren Anteils, bevorzugt dem 1,4 - 2-fachem Anteil enthalten sein.
Vorzugsweise werden zu 100 Gew.Teilen polymerisierbaren Anteilen 25 - 60 Gew.Teile Aluminiumhydroxid und 60 - 200 Gew.Teile Calziumcarbonat (als Kreide, Dolomit) für Komponente c verwendet.
Die Zuschlagstoffe brauchen nicht einheitlich zu sein, sie können in beliebigen Verhältnissen gemischt und verwendet werden. Die für diese Komponente gegebenen Korngrößen, - 2 bis 25 mm - sollte eingehalten werden.
Die in den folgenden Beispielen 1 bis 7 angegebenen Rezepturen sind im Ansatz wie oben angeführt hergestellt.
Als Form wird eine mit Polypropylen ausgekleidete Plattenform mit rundum aufgesetzter Leiste mit einer Höhe von 8 cm und einer Breite von 5 cm verwendet. (Plattenmaße: 65 x 250 x 8 cm).
Vor dem Eingießen der vorgefertigten Schüttmasse wird eine Glasmatte eingelegt (250 g/qm), das Material eingeschüttet, ausgeglichen, eine zweite Glasmatte aufgelegt und anschließend mit einer Polypropylen-Platte abgedeckt und das Formteil in der geschlossenen Presse ausgehärtet.
(Preßdruck 1 kg/qcm). Nach 20 bis 40 Minuten läßt sich der Gießling mühelos entformen.
Als Form kann auch eine senkrecht stehende auf der Längsober Breitseite aufsitzende Schalung verwendet werden.
Die zu härtende Masse wird dann wie im Betonbau üblich eingeschüttet und verdichtet.
Zum Zeitpunkt der Entformung ist die Platte bzw. das Wandteil bereits transportfähig. Die sich in den folgenden 2 Stunden vollziehende Nachhärtung bis zu ca.
85 % kann bei normaler Lagerung, beschleunigt unter Wärmezufuhr (Dampftemperatur 80 bis 120 Grad C) erfolgen.
Zum Trocknen werden die Teile senkrecht aufgestellt.
Bei 20 Grad C Raumtemperatur unter Belüftung verliert das Probeteil innerhalb von 3 bis 4 Tagen 70 % des Emulsionswassers. In diesem Zeitraum vollzieht sich eine geringfügige Machschwindung von etwa 0,5 %.
Durch Absaugen, Abpressen oder Schleudern kann das Wasser beschleunigt entfernt werden.
Im Gegensatz zu dem früher bei der Herstellung von Emulsionsschäumen beobachteten erheblichen Nachschwund der sich über Monate und Jahre hinziehen kann, wenn nicht eine überwiegend offenzellige Materialstruktur vorliegt, erreichen die Bauelemente, die nach diesem Verfahren hergestellt sind, ihre Dimensionsstabilität innerhalb weniger Tage, die auch dann erhalten bleibt, wenn die Formteile wiederholt stärkerer Durchfeuchtung ausgesetzt sind.
Wie die Daten der Ergebnisse aus den 7 Beispielen zeigen, bleiben die Wärmeausdehnungskoeffizienten trotz unterschiedlicher Raumgewichte in einem den konventionellen Baustoffen eng angepaßten Bereich. Bei extremen Varianten liegt er zwischen 9,5 x 10 6 bis 12 x 10 6für zum (20°C).
Auch die Quellmaße im Wasser sind weitgehend Beton und Leichtbeton angepaßt.
Die Wärme- und Schalldämmung sind noch bei guten mechanischen Eigenschaften außergewöhnlich günstig.
Die nach diesem Verfahren hergestellten Bauelemente können z.B. als Platten mit und ohne Profilierung der Oberflächen, mit Dicken ab etwa 15 mm, variierender Breite, in Geschoßhöhe, als komplette Wandteile, als Einzel- oder Serienteile vorgefertigt, ebenso wie unmittelbar auf der Baustelle hergestellt werden. Die Wanddicken können je nach geforderter Schall- und Wärmedämmung in beliebiger Dicke z.B.50 bis 350mm ausgeführt werden. Die schnelle mit keinen besonderen Vorbedingungen verbundene Aushärtung, der geringfÜgige Schalungs- bzw. Formen aufwand, der Verzicht auf Verputz, die streichfertige und tapezierfähige Oberfläche ergeben außergewöhnliche Zeit-und Kosteneinsparungen.
Mit dem Verfahren läßt sich ein Schnellbausystem realisieren, indem ein entsprechend ausgelegtes Stützgerüst aus Holz, Metall oder Beton in die zu fertigenden Wand- teile integriert wird. Dieses kann z.B. aus steckbaren Stahlhohlprofilen bestehen, die in die Wand- bzw. Bauelemente eingegossen werden und die kurzfristige Erstellung eines Bauwerks an Ort und Stelle ermöglichen.
Man kann jedoch auch eine bereits erstellte Tragekonstruktion mit Hilfe z.B. einer gleitenden Schalung, die aufgeschüttet wird umkleiden und ausfachen.
Schließlich lassen sich auch kleinere Formteile, die zur Erstellung von Bauelementen dienen, in Serie anfertigen.
Die nach dem Verfahren hergestellten Bauelemente sind durch folgende Materialeigenschaften gekennzeichnet.
Raumgewicht kg/cbm 250 - 1000 härtbarer Anteil im Fertigprodukt Vol% 5 - 15 Wärmeausdehnungskoeffizient a 10 bis 12 x 10 6 (200C) Quellung in Wasser 0,16 - 0,2 mm/m Wärmeleitzahl X W/(km) 0,05 - 0,15 Wasserdampfdiffus ionswiderstand p 2 - 10 Schalldämmung R für vergleichsweise eiXschalige Wände 50 - 100 mm dick Flächengewicht 24 - 48 kg 35 - 45 dB Druckfestigkeit N/qmm 1,0 - 4,5 BEISPIELE o Komponenten Gewichts - Teile 1 2 3 4 5 6 7 KZS 1 Perlit 5,00 5,00 2 Blähton 38,00 28,8 32,4 3 Blähsilikat 16,9 19,0 a) 1 UP-Harz 10,8 9,8 8,4 14,0 10,1 11,5 8,6 b) Wasser 21,0 44,1 50,5 69,2 52,2 51,2 30,5 c) 1 CaC03 26,0 13,7 5,4 7,9 28,0 16,0 37,0 2 Al(OH)3 3,5 2,9 2,6 3,0 4,0 3,5 4,0 d) 1 Polyol 0,1 0,1 0,1 0,2 0,18 2 Polyol 0,1 0,28 0,14 3 CaStearat 0,1 0,1 0,05 0,05 0,1 4 MgStearat 0,05 0,05 0,05 0,06 0,05 0,05 0,06 e) 1 Benz.peroxid 0,20 0,2 0,2 0,3 0,34 0,3 0,3 2 NN-Dimethyl-ptoluidin 0,05 0,05 0,05 0,03 0,03 0,06 0,06 3 Dimethylanilin 0,03 0,03 f) Glasfasern 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,2 g) Gew.% Harz in der Emulsion 15,4 13,7 12,4 14,7 10,6 13,8 10,6 1 Vol.% Harz i.Endprod. 9,9 8,59 6,95 13,18 9,9 8,0 6,42 3 Wärmeausdehnungkoeffizient cc = x10 6 10,2 10 10,5 12,0 10,4 10,6 10 4 Quellmaße in Wasser mm/m 0,18 0,16 0,17 0,16 0,16 0,17 0,17 5 Wärmeltz.W(k m)R A 0,1 0,085 0,075 0,06 0,07 0,05 0,o75 6 Schalldämmung RW dB (Plattendicke 5 cm) 36 35 34 35 Flächengew.kg/qm 36 24,5 20,5 14,5 23,5 17 25,5 7 Druckfestigkeit N/qmm 4,5 2,0 1,3 0,6 1,3 1,3 2,8 Vol.Teile KZS 1 116,9 88,6 99,6 31,25 31,25 105,6 118,7 Schüttvolumen Vol.T-Emulsion 1 44,1 60,7 62,2 87,7 75,6 70,9 56,1 Leerseite

Claims

Ansprüche 1. erstellung von wärme- und schalldämmenden Bauelementen und Formteilen für Bauzwecke aus anorganischen, gekörnten Zuschlagstoffen und harzhaltigen Bindern dadurch gekennzeichnet, daß man als Binder für ein Schüttvolumenteil körniger, vorzugsweise mineralischer Zuschlagstoffe mit Korndurchmesser von wenigstens 2 mm, 0,3 bis 3 Volumenteile einer Wasser-in-Öl-Emulsion verwendet, die in 100 Gewichts-Teilen a) 8 bis 15 Gew.Teile einer mit Wasser emulgierbaren, polymerisierbaren bzw. härtbaren Flüssigkeit b) 1,25 a) bis 6,5 a) oder 100 - (asc) Gew.Teile Wasser c) 0,7 a) bis 6 a) oder 100 - (a+b) Gew.Teile pulverförmiger, anorganischer Feststoffe wie Kreide, Aluminiumhydroxid, Kaolin d) Emulgatoren zur Bildung der Wasser-in-öl-Emulsion, die in einem Dispersionsbereich eingestellt wird, in dem nach Aushärten eine weitgehend offenporöse Materialstruktur entsteht, e) Polymerisations-Katalysatoren und/oder Beschleuniger enthält, mit den Komponenten a) bis e) die W0-Emulsion bildet diese mit den Zuschlagstoffen vermischt, das aus Emulsion und Zuschlagstoffen bestehende Gemisch nach Formgebung, falls erforderlich unter Druck und/oder Wärmezufuhr aushärtet und das Wasser aus dem Bauelement bzw. Formteil entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als polymerisierbare bzw. härtbare Flüssigkeit ungesättigte Polyester in Styrol und Methacrylsäuremethylester im Verhältnis 1:7 bis 7:1 gelöst, verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Emulgierung Metallseifen insbesondere Stearate mitverwendet werden.
4. Bauelemente und Formteile für Bauzwecke nach Anspruch 1 bis 3 mit den Materialkenndaten für das Raumgewicht von 250 bis 1000 kg/cbm, einem Harzanteil im Fertigprodukt von 8 bis 12 Vol.%, einem Wärmeausdehungskoeffizienten von 10 bis 12 x 10-6 bei 20 Grad C, einer Quellung in Wasser von 0,16 bis 0,3 mm/m, einer Wärmeleitzahl; W/(km) von 0,05 bis 0,12 und einem Wasserdampfdiffusionswiderstand . = 2 bis 10.