DE8029806U1 - Platte mit verstaerkungseinlagen - Google Patents

Description

/ Platte mit Verstärkungseinlagen

Die Erfindung betrifft eine Platte mit nahe der einen oder nahe den beiden Plattenoberflächen befindlichen Verstärkungseinlagen in Form eines gitterförmigen Glasfasergewebes .

Normale dünne hydraulisch gebundene Platten - beispielsweise Zementplatten in einer Stärke von 1 cm - sind zwar in der Lage, hohen Druckbeanspruchungen standzuhalten, jedoch können sie nur relativ geringe Zugspannungen aufnehmen. Diese treten aber immer dann auf, wenn die Platte auf Biegung beansprucht wird.

Um die mögliche Belastung hinsichtlich der Biegezugfestigkeit zu erhöhen, ist man schon dazu übergegangen, faserverstärkte Zementplatten herzustellen. Zwei mögliche Wege sind in dieser Richtung beschritten worden: Zum einen kann die Zementplatte in ihrem ganzen Volumen mehr oder weniger statistisch verteilte kurze Fasern enthalten, und zum anderen kann die Platte mit einer oder auch mehreren mattenartigen Verstärkungseinlagen versehen sein, die zumindest bis zu einem gewissen Grad Zugkräfte aufnimmt.

Typisch für die erste Kategorie sind die Asbest-Zementplatten, bei denen Asbest-Fasern in dem Zementmörtel eingebettet sind. Wenn auch die Fasern zu einer Erhöhung der Biegezugfestigkeit beitragen, haben die Asbest-Zementplatten doch einen gravierenden Nachteil, indem deren Bruchfestigkeit und Schlagwiderstandsfähigkeit nicht ausreichend sind, was diese Platten sehr empfindlich bei dynamischer Beanspruchung macht.

Als noch schwerwiegender ist aber der Nachteil anzusehen, daß die Asbestfasern bekanntlich sehr gesundheits-

schädlich sind. Das Einatmen dieser Fasern führt bekanntlich zu Krebserkrankungen insbesondere der Atemorgane, so daß die Herstellung und Verarbeitung von Asbest-Zementplatten daher äußerst bedenklich ist. In diesem Zusammenhang sind auch die gerade in jüngster Zeit mit wachsendem Umweltbewußtsein auftretenden Bestrebungen nach einem Verbot von Asbest zu sehen. Im übrigen ist die Verwendung von Asbest wegen der gesundheitsschädlichen Wirkungen in einigen Ländern sogar schon verboten, z.B. in Schweden, Dänemark und England.

Typisch für die zweite Kategorie ist die Platte nach der CH-PS 59 03 79 (insbesondere Spalte 3, Zeilen 40-50). Hier werden als Verstärkungseinlagen von Zementplatten Verstärkungsmatten aus kurzen Glasfasern verwendet. Dabei ist nahe der beiden Oberflächen der Zementplatte je eine flächenabdeckende Verstärkungseinlage vorgesehen. Auch hier sind die einzelnen kurzen Fasern weitgehend statistisch in der Matte verteilt, wobei sie derart miteinander verflochten sind, daß sie die Matte bilden.

Die Anordnung der Verstärkungsmatten nahe der Oberflächen ist an sich natürlich vorteilhaft, weil hier die Zugspannungen bei Biegebeanspruchungen besonders groß sind. Trotz dieser günstigen statischen Verhältnisse wird die bekannte Zementplatte in der Praxis aber nicht allen Anforderungen gerecht, und es hat sich gezeigt, daß die erzielbaren Werte für die Biegezugfestigkeit häufig nicht ausreichend sind. Auch kann eine derartige Platte nur dann als dauerbeständig angesehen werden, wenn die Matte aus Fasern hergestellt wurde, die genügend alkalienbeständig sind, um den hohen pH-Wert des Zementsteines zu ertragen. Im übrigen ist der Bedarf an Fasern für die bisherigen Platten recht groß. Da es sich bei den in Frage kommenden Fasern um relativ teuere Produkte handelt, sind die bekannten Platten auch in wirtschaftlicher Hinsicht als nachteilig anzusehen. Schließlich ist es auch ungünstig, daß die bekannten Platten in vielerlei Hinsicht nur beschränkt oder gar nicht verwendbar sind. Insbesondere lassen sie sich

nicht nageln, so daß diese Befestigungsart bisher ausscheiden g|

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Durch das DE-GM 70 00 211 - von dem die Erfindung i ausgeht - ist auch schon eine Platte bekannt geworden, in die wenigstens eine Lage eines gitterförmigen Glasfasergewebes eingebettet ist, wodurch die Biegezugfestigkeit erhöht werden soll. Allerdings handelt es sich dabei um eine Leichtbauplatte aus aufgeschäumten Kunststoffteilchen, die durch Bindemittel zusammengehalten sind. Solche Leichtbauplatten sind lediglich als Isoliermaterial vorgesehen und geeignet, d.h. sie lassen sich hinsichtlich ihrer Belastungswerte trotz des Glasfasergewebes nicht mit den bekannten umweltschädlichen, aber stabilen Asbestzementplatten gleichsetzen. Außerdem ist 5j es als nachteilig anzusehen, daß die erwähnte Leichtbauplatte brennbar ist, was den Anwendungsbereich weiter einengt. Die bekannte Platte läßt sich also nicht anstelle einer Platte verwenden, welche die Festigkeitseigenschaften, die Feuerbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit usw. einer Asbestplatte aufweist.

Das Ziel der Erfindung ist es. Platten zu entwickeln, bei denen

1. normale Glasfasern anstatt gesundheitsschädigendem Asbest. § oder speziellen Glasfasern aus alkaliresistentem Glas ein- ;j

setzbar sind, |

2. die eine gewünschte Biegezugfestigkeit bei wesentlich f

niedrigerem Fasergehalt aufweisen und

3. die im Vergleich zu Asbest-Zementplatten eine wesentlich günstigere Schlagwiderstandsfestigkeit haben und sich nageln lassen.

Zur Lösung der erstgenannten Aufgabe sieht die Erfindung bei der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Platte vor, daß das nach Art eines Gitternetzes ausgebildete Glasfasergewebe durch einander kreuzende Glasfaserbündel ge-

bildet ist, die von einem Kunstharz umschlossen sind, und daß die Glasfaserbündel aus in Längsrichtung geordneten Endlosfasern bestehen, und daß die Platte aus Zementmörtel besteht.

Der grundlegende Gedanke der Erfindung ist vor allem in der Kombination der Verwendung von Zementmörtel und der neuartigen Ausbildung der verwendeten Verstärkungseinlage zu sehen. In völliger Abkehr von der bisherigen Praxis wird erstmals eine Gitterstruktur aus endlosen Fasern bei Zementmörtelplatten verwendet, wobei die Gitterstruktur im Gegensatz zu den Verstärkungsmatten nicht vollflächig ist, sondern nach Art eines Netzes freie Zwischenräume besitzt. Diese Struktur ermöglicht bei aleicher Plattenstärke eine entscheidende Senkung der Fasermenge bei sogar erhöhter Biegezugfestigkeit und eine wesentliche Verbesserung der Schlagwiderstandsfähigkeit im Vergleich zur Asbest-Zementplatte. Schließlich gestattet die Verwendung eines Gittergewebes anstatt einer zusammenhängenden Matte auch den Einsatz eines einfachen Fertigungsverfahrens, wodurch eine wirtschaftliche Herstellung von faserbewährten Platten mit "unendlichen" Fasern erst möglich wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die bisher vorgeschlagene Verstärkungseinlage wegen ihres flächenabdeckenden mattenförmigen, durch Verflechtung der statistisch verteilten kurzen Fasern gebildeten Aufbaues nicht vollständig von dem Zementmörtel durchdrungen werden kann bzw. nicht, optimal in den Zementmörtel eingebettet ist. Dies führt aber dazu, daß sich die fertige Zementplatte - bestehend aus dem Zementmörtel und den nahe den Oberflächen eingebetteten Verstärkungseinlagen - nicht wie ein zusammenhängendes System verhält, wenn sich die Zementplatte aufgrund einer Belastung biegt. Dadurch ist die in der Zugzone sich befindliche Matte nur begrenzt in der Lage, die vorhandenen Zugkräfte aufzufangen und die Stabilität der Platte unter Biegezugbelastung sicherzustellen. Wegen der Abweichungen der "unkontrollier-

baren" kurzen Faserlagen zu den Hauptmomentenrichtungen bei einer Beanspruchung der Zementplatte ergibt sich außerdem eine Tragwerksminderung der Zementplatte.

Bei der Erfindung treten diese Probleme nicht auf. Wegen der Gitterstruktur ist eine sichere und vollständige Einbettung der Verstärkungseinlage in den Zementmörtel gewährleistet. Die einzelnen Glasfaserbündel werden vollständig vom Zementmörtel umhüllt, so daß ein guter Verbund gewährleistet ist. Die Zementplatte mit den Verstärkungseinlagen ist daher tatsächlich als ein einheitliches System aufzufassen. Sie wirkt somit als isotrope Platte mit gleichbleibender Plattensteifigkeit im gesamten Plattenbereich, was eine ausgezeichnete Tragfähigkeit bedeutet. Die erfindungsgamäße Zementplatte biegt sich bei einer Beanspruchung nämlich als ein einheitliches System. Die eingebetteten Verstärkungsmatten sind nicht als selbständige Elemente zu betrachten, sie befinden sich vielmehr in einem sicheren Verbund mit dem Zementmörtel. Daher bleibt auch, die angestrebte Wirkung der Verstärkungseinlagen -■ nämlich die Aufnahme von Zugkräften - in jedem Fall erhalten. Auch die im Gebrauchszustand auftretenden Verformungen sind bei der erfindungsgemäßen Platte nach der Elastizitätstheorie unter Annahme homogener und isotroper Querschnitte gering.

Durch das eingangs erwähnte DE-GM 70 00 211 ist zwar schon ein gitterförmiges Glasfasergewebe bekannt,< idies wird jedoch bei einer Leichtbauplatte mit geschäumten Kunststoff teilen verwendet, also bei Platten, die nur wenig stabil sind. Im Gegensatz zur erwähnten Platte gemäß dem DE-GM 70 00 211, die zwar auch eine gitterförmige Glasfaserbewehrung enthält, aber zur Erreichung wärmedämmender Eigenschaften aus aufgeschäumten Kunststoffteilchen aufgebaut ist und folglich nur niedrige mechanische Eigenschaften aufweist, geht es bei der Erfindung darum, die besonders stabilen Eigenschaften einer Asbestplatte zu erzielen, und zwar unter Verzicht auf den überaus schädlichen Asbest. Die erfindungs-

gemäße Zementplatte läßt sich nun überall dort einsetzen, wo bisher Asbestplatten erforderlich waren. Es wird also praktisch eine mit den Asbestplatten mehr als äquivalente "Ersatzplatte" geschaffen, bei der kein Asbest benötigt wird. Dennoch besitzt die neue Platte die positiven Eigenschaften der Asbestplatte hinsichtlich Feuer- und Witterungsbestandigkeit, sowie hinsichtlich der stabilen mechanischen Werte. Dabei bewegen sich die Herstellungskosten etwa in der gleichen Größenordnung. Ein solcher Ersatz ist mit der bekannten Leichtbauplatte nicht möglich.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt bei der Erfindung ist die Tatsache, daß keine kurzen Fasern verwendet werden. Bei einem Bruch der bekannten auf der Basis von kurzen Fasern aufgebauten Zementplatte kann man beobachten, daß die Fasern aus dem Zementmörtel "herausgezogen" werden. Es kommt also nicht zum Zerreißen der kurzen Fasern, d.h. deren Festigkeit bleibt zum großen Teil ungenutzt. Hingegen werden bei der Erfindung Endlosfasern verwendet, welche zu mehreren jeweils ein Glasfaserbündel bilden. Bei einer derartig aufgebauten Platte können die Fasern aus der Matrix nicht herausgezogen werden und zu einem Bruch der Platte kommt es erst dann, wenn die Zugfestigkeit der Fasern überwunden wird und diese zerreißen. Das bedeutet, daß die Zugfestigkeit der Fasern hier also vollständig ausgenutzt wird. Im übrigen hat die Gitterstruktur mit den sich kreuzenden endlosen Glasfaserbündeln den Vorteil, daß die Zugfestigkeit in allen Richtungen der Plattenebene gleichmäßig erhöht wird, was beispielsweise bei den eingangs erwähnten Asbest-Zementplatten nicht der Fall ist. Ein weiterer Vorteil der Verwendung unendlicher Fasern ist die Tatsache, daß dadurch die Platte eine optimale Elastizität erhält und deren Schlagwiderstandsfestigkeit wesentlich erhöht wird.

Die Verwendung von Glasfasern ist besonders vorteilhaft, weil sie einerseits als "unendliche Fasern" herstellbar sind und andererseits, weil sie die Forderungen er-

füllen, daß ihr Ε-Modul größer als der Ε-Modul der Zementmatrix ist. Wegen der Alkaliempfindlichkeit der Glasfasern werden diese in vorteilhafter Weise mit Kunstharz umschlossen. Diese Einbettung in Kunstharz ist ein wichtiger Gesichtspunkt, weil dadurch erreicht wird, daß eine Schädigung der Glasfasern durch die Alkalien der Zementmatrix ausgeschlossen ist.

Ein weiterer Vorteil der neuartigen Zementplatte besteht darin, daß man ihr eine rauhe Oberfläche geben kann, daß also Strukturen möglich sind. So läßt sich beispielsweise optisch der Eindruck einer Schieferplatte erzeugen.

Schließlich besitzt die erfindungsgemäße Zementplatte auch die vorteilhafte Eigenschaft, daß man sie nageln kann. Es ist also eine Konfektionierung möglich und die zugeschnittenen Platten lassen sich ohne weiteres an Decken, Wänden usw. mit Nägeln befestigen.

Als Matrix kann bei der Platte verwendet werden:

a) reine Zementpaste ohne Zuschlag

b) Zementmörtel mit Mineralzuschlag (z.B. Quarzsand)

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Zementmörtelplatte in Seitenansicht,

Fig. 2 ein als Verstärkungseinlage verwendetes Gitternetz,

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Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Glasfaserbündels,

Pig. 4 einen Rütteltisch in schematischer Darstellung.

Die in teilweiser Seitenansicht gezeigte Zementplatte 1 besteht aus Zementmörtel 2, vorzugsweise hochfließfähiger Vergußmörtel, in welche nahe den beiden Oberflächen der Zementplatte 1 jeweils ein Gitternetz 4¹ und 4" eingelegt ist. Der Aufbau eines Gitternetzes 4 ist in Fig. 2 ersichtlich. Es besteht aus sich einander kreuzenden Glasfasern 6, wobei jedes Glasfaserbündel aus geordneten Endlos-Glasfasern 8 aufgebaut ist. Um einen Korrosionsangriff infolge der alkalischen Reaktion des Zementes zu verhindern, sind die Glasfaserbündel 6 - wie in Fig. 3 zu erkennen ist - von Kunstharz 7 umgeben. Wegen der hetzartigen Struktur des Gitternetzes kann dieses Zugkräfte nicht nur in einer, sondern in allen Richtungen aufnehmen.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Rütteltisch 16 für die Herstellung von Zementplatten Die Rüttelbewegung, die in senkrechter Richtung erfolgt, ist durch die beiden Pfeile A und B angedeutet. Dieser Bewegung kann auch eine seitlich gerichtete Bewegung überlagert werden. Für den Antrieb lassen sich übliche Vibrationseinrichtungen verwenden.

Der Rütteltisch 16 umfaßt eine ebene Tischfläche 10, auf die eine hydrophobe Unterlage in Form einer PVC-Platte 14 aufgebracht ist. Durch den geschlossenen Rahmen

wird die äußere Form der herzustellenden Zementplatte 1 festgelegt, wobei sich durch Auswechseln des Rahmens 12 auf einfache Weise unterschiedliche Größen realisieren lassen. Zu diesem Zweck ist der Rahmen 12 als ein Steckrahmen ausgebildet, dessen vier Rahmenseiten unten mit Stiften versehen sind, die in nicht dargestellte Öffnungen in die Tischfläche 10 eingesteckt werden. Entsprechend der Anordnung der erwähnten Öffnungen können nun auf einfache Weise unterschiedliche Abmessungen realisiert werden.

Die Seitenwände des Steckrahmens sind auf ihren nach innen gerichteten Oberflächen ebenfalls hydrophob ausgebildet, so daß kein Schalungsöl benötigt wird.

Für die Herstellung einer Zementplatte 1 wird zunächst das untere Gitternetz 4¹ auf die hydrophobe PVC-Platte 14 gelegt. Als nächstes wird der hochfließbare Zementmörtel in den durch den Rahmen 12 gebildeten Raum eingegossen. Für die jetzt folgenden Verfahrensschritte sind zwei Möglichkeiten gegeben. Man kann jetzt zunächst den Rütteltisch 16 in Betrieb setzen, und infolge der Vibrationen wird das Gitternetz 4¹ etwas angehoben. Außerdem entweicht die Luft von unten, so daß sich auf der der PVC-Platte zugewandten Seite eine glatte Oberfläche ergibt. Bei einer Plattenstärke von etwa 0,5 bis 1 cm genügt es, den Rütteltisch 16 ca. 30 Sekunden lang eingeschaltet zu lassen. Danach wird das andere Gitternetz 4" von oben in den Zementmörtel 2 eingebettet, was gegebenenfalls von Hand erfolgen kann.

Es ist aber auch möglich, das andere Gitternetz 4" sofort auf den Zementmörtel zu legen und erst dann die Rüttelbewegung zu erzeugen. Während das untere Gitternetz 4¹ auch dann wieder etwas angehoben wird, erfolgt eine Einbettung des oberen Gitternetzes 4" in den Zementmörtel 2. In jedem Fall lassen sich auf einfache Weise die in Fig. 1 gezeigten günstigen Positionen der beiden Gitternetze 4¹ und 4" nahe den beiden Oberflächen der Zementplatte 1 erzielen.

Zur Verdeutlichung der Vorteile der erfindungsgemäßen Zementplatte sei das folgende Zahlenbeispiel angegeben, das sich auf eine Zementplatte mit einer Stärke von 1 cm und mit zwei Gitternetzen 4' und 4" bezieht (Maschenweite 4x4 mm; Flächengewicht eines Gitternetzes: 140 g/m²):

Rohdichte: 2,2 - 2,4 g/cm³

Biegezugfestigkeit (DIN 274 E): 18 - 25 MN/m²

Frostbeständigkeit (DIN 274 E): beständig

Wasserdurchlässigkeit (DIN 274 E): undurchlässig

Brennbarkeitsklasse (DIN 4102): A - 1 (nicht brennbar;

Besonders hohe Werte lassen sich bei einer Leichtplatte mit verstärkter Bewehrung erzielen, bei der nahe der Oberflächen jeweils zwei Gitternetze vorgesehen sind. Bei einer solchen Platte mit insgesamt vier Gitternetzen ergibt sich eine Biegezugfestigkeit von 25 - 35 MN/m². . ·

Claims (2)

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE !N HANNOVER G 80 29 806.2 409/2 A. Stecker, K.H. Vogel, W. Stecker, Prof. Dr.-Ing. Ivan Odler Schutzansprüche

1. Platte mit nahe der einen oder nahe beiden Plattenoberflächen befindlichen Verstärkungseinlagen in Form eines gitterförmigen Glasfasergewebes, dadurch gekennzeichnet , daß das nach Art eines Gitternetzes (4) ausgebildete Glasfasergewebe durch einander kreuzende Glasfaserbündel (6) gebildet ist, die von Kunstharz (7) umschlossen sind, und daß die Glasfaserbündel (6) aus in Längsrichtung geordneten Endlosfasern (8) bestehen, und daß die Platte aus Zementmörtel (2) besteht.

2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunstharz (7) ein Polyester-Harz ist.