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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen faserverstärkten Bauartikel mit Feuerschutz-Eigenschaften
und dessen Herstellungs-Verfähren.
Faserverstärkte
Bauartikel, wie Paneele, Blöcke
und Bausteine, mit Feuerschutz-Eigenschaften
sind als Brandschutz für
Gebäude
und andere Bauwerks-Konstruktionen
verwendbar. Bauartikel dieser Art werden aus verschiedenen Ausgangsmaterialien beispielsweise
durch Gießen
hergestellt.
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In
der Brandschutz-Technik sind auch sogenannte Sprüh-Beschichtungen bekannt, die
direkt auf eine Gebäude-Konstruktion
aufgebracht werden können,
um einen entsprechenden Brandschutz zu liefern. Beispielsweise offenbart
die europäische
Patentanmeldung 1 001 000 eine derartige Sprüh-Beschichtung und deren Aufbringungs-Verfahren.
Dieses bekannte Verfahren umfasst die Schritte des Herstellens eines
Breis, der im Stande ist, durch Brennen ein feuerfestes Material
zu erzeugen, und des Aufbringens einer Schicht des ungebrannten
Breis auf die zu schützende
Konstruktion. Die Grundidee dieses bekannten Verfahrens liegt darin,
dass die thermische Energie beim Brennen verwendet wird, um einen
wirksamen Brandschutz aufzubauen. In der Beschreibung wird erwähnt, dass
der Brei als solcher durch Zugabe von Wasser zu einem bekannten
Gemisch erhalten werden kann, das in der verarbeitenden Industrie
von feuerfesten Materialien verwendet wird, um Paneele und Bausteine
zu bilden, die dann gebrannt werden, um die gewünschten feuerfesten Artikel
herzustellen. Dieses Sprüh-Beschichtungs-Verfahren
und diese -Zusammensetzung haben ihren Nutzen im Feuerschutz von
Bauwerks-Konstruktionen, beispielsweise in Unterwasser-Tunneln,
bewiesen.
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Eine
bevorzugte Zusammensetzung gemäß dieser
Patentanmeldung umfasst Kaolin, Kalkstein, gemahlenen isolierenden
feuerfesten Baustein, feuerfesten Füllstoff, Sägemehl, Aluminatzement und unter
Umständen
Portlandzement. Eine Zement-Zusammensetzung gemäß der obigen europäischen Patentanmeldung
ist als Fire Barrier 135 von Thermal Ceramics erhältlich.
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In
der EP-A-0 222 339 sind Glasfaser-verstärkte Zement-Pressform-Produkte, die amorphe, gebrannte,
sandartige, Vulkanasche-Hohlkugeln und wenn gewünscht Quarzstaub und auch Glasfasern enthalten,
als Hausdach-Paneele, Bodenbelag, Wand-Blocksteine, und dergleichen
offenbart.
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Es
wäre allerdings äußerst nützlich,
diese Zusammensetzung bei der Herstellung gegossener Bauartikel,
wie ebene Paneele, Blocksteine und Bausteine, zu verwenden, die
die gleichen Feuerschutz-Eigenschaften wie die Sprüh-Beschichtung hervorbringen.
Unglücklicherweise
hat sich gezeigt, dass die Verarbeitungs-Zeit des fertigen Gemisches zum
Gießen
derartiger Artikel nicht ausreichend ist (in der Größenordnung
von 10 Minuten), was zu einem verfrühten Aushärten und mangelhafter Qualität der so
gegossenen Artikel führt.
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Demgemäß liegt
die Aufgabe der Erfindung darin, gegossene Bauartikel, die auf dieser
bekannten Zusammensetzung basieren und im wesentlichen die gleichen
Feuerschutz-Eigenschaften aufweisen, und ein Herstellungsverfahren
für diese
Art von Artikeln bereitzustellen.
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Daher
liefert die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt einen
faserverstärkten Bauartikel
mit Feuerschutz-Eigenschaften, der umfasst eine Matrix aus einem
Bindemittel, das aufweist Aluminatzement, einen auf Carboxyl-Ether-Polymer basierenden
Plastifikator, ein flüchtiges
Material, Füllstoff
und alkaliresistente Glasfasern, und mindestens eine Faserlage aus
alkaliresistenten Glasfasern, die in der Matrix eingebettet ist.
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Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass ein faserverstärkter Bauartikel mit der oben
erwähnten
Zusammensetzung durch Gießen hergestellt
werden kann, wenn bestimmte Additive enthalten sind, und dass diese
Artikel die gleichen Feuerschutz-Eigenschaften wie die Sprüh-Beschichtung
besitzen.
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Bei
der Suche nach einer Lösung
zu dem oben angegebenen Problem wurde eine Anzahl von Additiven
versucht. Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass die Kombination der Zement-Zusammensetzung
mit einem auf Carboxyl-Ether-Polymer basierenden Plastifikator und
alkaliresistenten Glasfasern ein Gießen derartiger Bauartikel gestattet.
Die Existenz des Plastifikators verlängert die Verarbeitungs-Zeit
von dieser Aluminatzement-Zusammensetzung von 10 Minuten auf ungefähr 90 Minuten,
was ausreichend ist, um das Herstellen der Bauartikel durch Gießen zu erlauben.
Außerdem
verbessert der Plastifikator die Fließ-Eigenschaften, insbesondere
die Viskosität
des wässrigen
Gemischs aus Aluminatzement, welches verwendet wird, um die Bauartikel
herzustellen. Eine Verdichtung des Zements tritt außerdem auf,
was die Festigkeit verbessert. Außerdem werden die Oberflächen-Eigenschaften
der Bauartikel verbessert. Die alkaliresistenten Glasfasern, sowohl
in der Matrix als auch in der/den Verstärkungslage(n), tragen zu der
Festigkeit und Steifigkeit des Bauartikels bei. Die Glasfasern sollten alkaliresistent
sein, anderenfalls werden sie durch das Bindemittel angegriffen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Bauartikels gemäß der Erfindung
liegt das Gewichts-Verhältnis
des Plastifikators zu dem Aluminatzement im Bereich zwischen 3 und
5%. Wenn dickere Bauartikel hergestellt werden, kann ein Gewichts-Verhältnis in
dem unteren Gebiet dieses bevorzugten Bereichs verwendet werden.
Ebene Paneele mit einer Dicke in der Größenordnung von ungefähr 20 mm
weisen dagegen ein Gewichts-Verhältnis in
dem oberen Gebiet dieses bevorzugten Bereichs auf.
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Vorzugsweise
umfasst der Plastifikator ein Carboxylat-Ether-Polymer mit an die
Hauptkette des Polymers angebundenen relativ langen Seitenketten. Ein
Beispiel dafür
ist Glenium 51, das von MBT (Degussa) erhältlich ist. Dieser sogenannte
Superplastifikator ist für
seine exzellenten Eigenschaften, insbesondere wo niedrige Wasser-Zement-Verhältnisse erforderlich
sind, bekannt. Diese Eigenschaften stammen aus den mit der Polymer-Hauptkette verbundenen
Seitenketten, die nach anfänglichem
Mischen eine sterische Behinderung liefern, was die Fähigkeit
der Zement-Partikel sich abzutrennen und zu dispergieren stabilisiert.
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Es
sollte hier außerdem
angemerkt werden, dass gegossene faserverstärkte Bauartikel mit Feuerschutz-Eigenschaften
ihre Feuerschutz-Eigenschaften bei Kontakt mit Feuchtigkeit, beispielsweise Wasser,
verlieren. Folglich weisen diese bekannten Paneele den Nachteil
auf, dass sie nicht durch wässrige
Reinigungsmittel, wie zum Beispiel durch Dampf-Reinigung, gereinigt
werden können.
Ein anderer Nachteil von diesen liegt darin, dass, sobald diese
Bauartikel einem Feuer ausgesetzt worden sind, welches durch Wasser
gelöscht
worden ist, die Artikel entfernt und durch neue ersetzt werden müssen.
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Vorteilhafterweise
weist der Füllstoff
granulares Abfallmaterial, beispielsweise Nebenprodukte aus der
Herstellung feuerfester Bausteine, auf.
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Das
in der Erfindung verwendete flüchtige Material
ist ein Material, das, wenn es gebrannt wird, flüchtig wird, wodurch Entweich-Kanäle für die durch das
Brennen der Matrix erzeugten Gase geschaffen werden. Vorzugsweise
umfasst das flüchtige
Material ein auf partikularer Zellulose basierendes Material, bevorzugter
Sägemehl.
Sägemehl
ist im Stande, eine große
Menge von Wasser, typischerweise ungefähr das 2,5-fache seines eigenen
Gewichts, aufzunehmen. Man ist der Meinung, dass dieses Wasser während des
Brennens verdampft und eine große
Menge von Wärme
absorbiert. Dann beginnt das Sägemehl zu
brennen, was freie Hohlräume
(Lücken)
hinterlässt,
die als Entweich-Kanäle
für die
durch das Brennen der Matrix erzeugten Gas dienen können. Dies stellt
sicher, dass die Matrix zu einer homogenen feuerfesten Schicht umgewandelt
wird. Andere Materialien, die beispielsweise schmelzen oder verdampfen, wenn
sie gebrannt werden, werden außerdem
für den
Einsatz in der Erfindung als flüchtiges
Material in Erwägung
gezogen.
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Die
Menge alkaliresistenter Glasfasern in der Matrix des Bindemittels
in dem Bauartikel gemäß der Erfindung
ist nicht speziell beschränkt.
Diese Glasfasern, wie geschnitzelte Fasern, haben die Funktion, das
umgebende Matrix-Material vor dem Zusammenstürzen zu schützen, und verleihen dem Bauartikel eine
ausreichende Festigkeit, wie es die Verstärkungslagen der alkaliresistenten
Fasern tun. Vorzugsweise sind die Verstärkungslagen aus alkaliresistenten
Glasfasern Glasfaser-Matten oder -Rovings. Bevorzugter ist eine
derartige Lage aus Glasfasern zwischen Lagen des Matrix-Materials angeordnet.
Als allgemeine Regel ist eine Lage aus Glasfasern in jedem Zentimeter
des Matrix-Materials, betrachtet in der Dicken-Richtung, enthalten.
Alkaliresistente Glasfasern Cem-FIL, die von Saint Gobain erhältlich sind,
sind ein Beispiel für
geeignete, in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Fasern.
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Vorteilhafterweise
ist die Form des Bauartikels gemäß der Erfindung
an die (Form der) zu schützende(n)
Struktur, wie eine ebene oder gekrümmte Wand, Säule und
dergleichen, angepasst. Ein bevorzugter Bauartikel gemäß der Erfindung
weist die Form einer ebenen Paneele auf. Andere geeignete Formen
umfassen Bausteine und Mauer-Blöcke. Eine
Paneele gemäß der Erfindung,
bei welcher die Länge
und Breite der Paneele groß verglichen
mit ihrer Dicke sind, umfasst vorzugsweise mindestens zwei beabstandet
angeordnete koplanare Faserlagen, wobei der Abstand zwischen diesen
Faserlagen größer als
der Abstand einer faserigen Lage zu der Oberfläche des Bauartikels ist. In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
umfasst mindestens eine Lage aus alkaliresistenten Glasfasern parallele Glas-Rovings,
insbesondere in der longitudinalen Richtung. In einer noch anderen
bevorzugten Ausführungsform
einer Paneele gemäß der Erfindung
ist eine Faserlage mit Glas-Rovings in der Mittel-Ebene angeordnet
und äußere Faserlagen
mit Faser-Matten sind in der Nähe
der Oberfläche
des Bauartikels angeordnet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines faserverstärkten
Bauartikels mit Feuerschutz-Eigenschaften gemäß einem der vorherigen Ansprüche, umfassend Gießen eines
wasserhaltigen Gemischs eines Bindesmittels mit Aluminatzement,
einem flüchtigen
Material, Füllstoff,
alkaliresistenten Fasern und einem auf Carboxyl-Ether-Polymer basierenden Plastifikator
in eine Gießform,
Anordnen zusätzlicher
alkaliresistenten Glasfasern in mindestens einer Lage in der Gießform während des
Gießens,
um einen Vorformling zu erhalten, und Ermöglichen, dass der so erhaltene
Vorformling trocknet.
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Bei
der Herstellung des Bauartikels gemäß der Erfindung werden die
Aushärte-Geschwindigkeit und
die Viskosität
vorzugsweise durch die Wasser- und
Plastifikator-Menge gesteuert.
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Um
Paneele mit einer relativ geringen Dicke herzustellen, weist die
Gießform
die Form eines rechteckförmigen
Behältnisses
mit einer relativ kleinen Tiefe auf. Wie bereits oben diskutiert
worden ist, werden die Glasfaser-Faserlagen (beispielsweise Matten)
in der Nähe
der oberen Fläche
und der unteren Fläche
eines derartigen Paneels angeordnet, während eine oder mehrere Zwischen-Lagen
(Rovings), beispielsweise in der Mitte des Paneels, vorliegen können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird das Verfahren in einer halb-kontinuierlichen Weise ausgeführt. Vorteilhafterweise
umfasst das Verfahren die Schritte Führen einer Gießform, Positionieren
einer wasserundurchlässigen
Folie in der Gießform,
Gießen
einer ersten Außenlage
aus Bindemittel in der Gießform,
Positionieren einer Faserlage aus Glasfasern in der Gießform, Gießen mindestens
einer weiteren Lage aus Bindemittel in der Gießform und Positionieren einer
wasserundurchlässigen
Folie über
der zuletzt gegossenen Lage aus Bindemitteln. Die wasserundurchlässige Folie
verhindert, dass der gegossene Bauartikel zu schnell trocknet.
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Vorzugsweise
werden die Gießformen
temporär
auf einem Förderband
positioniert.
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Die
Erfindung wird detaillierter in dem folgenden Beispiel und der Beschreibung
der angehängten Figur
erläutert
werden, in welcher ein halbkontinuierliches Verfahren gemäß der Erfindung
dargestellt ist.
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Beispiel
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Ein
Gemenge aus Bindemittel wurde durch Mischen von 1000 kg Fire Barrier
135 mit 22 Liter Glenium 51 (35%) und 418 Liter Zusatzwasser hergestellt.
Das so hergestellte Gemenge konnte ungefähr 90 Minuten lang verarbeitet
werden, während
es seine positiven Fließ-Eigenschaften
behalten hat. Aus diesem Gemenge wurde eine Paneele mit einer Dicke
von 28 mm hergestellt. Drei Glasfaser-Lagen (alkaliresistentes Cem-FIL)
befanden sich in dem Paneel. Die untere und obere Lage aus Glasfaser-Matten
(Maschenweite 10 × 10
mm) wurden mit einem Abstand von ungefähr 5 mm von den entsprechenden
Oberflächen
angeordnet, während
eine weitere Lage aus Glas-Rovings (parallel mit einem Abstand von
20 mm von diesen angeordnet) in der Mittel-Ebene angeordnet wurde.
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Die
so hergestellte Paneele wurde einem Feuertest gemäß RWS-Standards
ausgesetzt. Auf einer Seite der Paneele wurde die Temperatur auf
ungefähr
1350°C aufgrund
eines Feuers erhöht.
Diese Temperatur wurde für
ungefähr
2 Stunden gehalten. Während
dieses Tests erlangte die gegenüberliegende
Seite des Paneels eine Temperatur von 104°C. Dieser Test wurde dreimal
mit dem gleichen Paneel ohne einem Versagen von diesem wiederholt.
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Es
wurde versucht, die gleiche Sorte von Paneelen unter Verwendung
anderer Typen von Plastifikatoren herzustellen, unter welchen sich
BETOMIX, POZZOLITH, RHEOBUILD der 1000- und 2000-Reihen be fanden.
Jedoch war die Verarbeitbarkeit dieser Gemenge ungenügend, um
Paneele gemäß der Erfindung
herzustellen.
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In 1 ist
eine Vorrichtung zum Ausführen des
Verfahrens gemäß der Erfindung
gezeigt. Diese Vorrichtung umfasst eine Förder-Einrichtung 10,
beispielsweise eine Walzen-Förder-Einrichtung,
zum Fördern
von Gießformen 12 hintereinander. Über dieser
Gießform-Förder-Einrichtung
ist ein Endlos-Band 14 angeordnet, auf welchem das tatsächliche Gieß-Verfahren
stattfindet. Das Band 14 wird durch eine der Walzen 16 angetrieben.
Das Obertrum 18 des Bands 14 ist ein wenig in
der Bewegungs-Richtung geneigt. Der Klarheithalber ist der Neigungs-Winkel
in dieser Zeichnung übertrieben. Über diesem
Band 14 sind fünf
Vorrats-Walzen 20 angeordnet. Die erste und letzte Vorrats-Walze
liefert eine fluidundurchlässige
Folien-Bahn 22, während
jede benachbart angeordnete Vorrats-Walze eine Glasfaser-Matten-Bahn 24 liefert.
Die mittlere Vorrats-Walze liefert die Roving-Lage 25.
Zwischen den einzelnen Vorrats-Walzen 20 findet das Gießen des
Bindemittels, in diesem Fall aus einem Vorrats-Behälter 26 über Gieß-Leitungen 28,
statt. Der Betrieb dieser Vorrichtung ist wie folgt. Eine Folien-Bahn 22 wird
von der ersten Vorrats-Walze 20 auf das Endlos-Band 14 abgewickelt.
Bindemittel wird auf diese Folie 22 gegossen bis eine gewisse
vorbestimmte Dicke erhalten wird. Danach wird eine untere Glasfaser-Matte 24 von
der zweiten Vorrats-Walze 20 bereitgestellt. Dann wird
eine Zwischen-Lage aus Bindemittel auf die Glasfaser-Bahn 24 gegossen.
Diese Zwischen-Lage aus Bindemittel wird mit einer Glasfaser-Lage 25 bedeckt,
die beabstandet angeordnete parallele Glas-Rovings umfasst, die
von der mittleren Vorrats-Walze 20 stammt. Dann wird eine
weitere Lage aus Bindemittel gegossen, gefolgt von der Anordnung
einer weiteren Glas-Mattenlage und dem Gießen einer Außenlage
aus Bindemittel. Letztendlich wird eine Decklage aus einer undurchlässigen Folie 22 auf
der Decklage aus Bindemittel angeordnet. Unter dem Band 14 werden
die Gießformen 12 aus
einer Lager-Position zu einer Füll-Position
geführt.
In dieser Füll-Position
wird das kontinuierlich gegossene Produkt in eine Gießform 12 abgelegt
und die verschiedenen Lagen werden durch eine geeignete Schneid-Einheit 30 geschnitten.
Dann werden die Gießformen 12 zu
einem Trocknungs-Abschnitt (nicht dargestellt) überführt, wo es dem Bindemittel gestattet
wird, bei einer maximalen Temperatur von 30°C zu trocknen, um Paneele gemäß der Erfindung zu
bilden. Nachdem die Paneele auf diese Weise getrocknet sind, werden
die wasserundurchlässigen Folien 22 entfernt.
Eine Produktions-Geschwindigkeit von 8 m/min wurde erreicht.