Asbestfreie Baustoff-Formteile und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft Baustoff-Formteile aus einem asbestfreien Stoffgemisch sowie ein quälitätskonstanzsicherndes ökonomisches Verfahren für deren Herstellung.
Die Verwendung von EFA-Bindemittelzusätzen ist im Betonbau bekannt. Bei EFA-Bindemittelzusatz handelt es sich um den Elektro-FiIter-Abzug von Verbrennungsrückständen in den Abgasführungen von Hochtemperatur-Steinkohle-Staubfeuerungen. Solche EFA-Füllstoffe wurden bisher auch schon im Betonbau eingesetzt, um z.B. die Hydratationswärme beim Abbinden des Betons zu senken, die Mikrorißbildung im Zementstein zu verhindern oder die Endfestigkeit und Wasserdichtigkeit des Zementstei nes und dessen Säureresistenz zu erhöhen. Je nach Dosierung des EFA- Füllstoffes werden die im Zementstein auftretenden, ein geringe Festigkeit aufweisenden Ca(OH)2-Kristalle in die die Festigkeit des Zementsteines im wesentlichen bestimmenden Kalziumsilikathydrate umgesetzt. Auch können weniger feste, mit Fe2O3-Einlagerungen durchsetzte Tetrakalziumaluminathydrate und Monosulfate gebildet werden.
Durch die weitgehende Neutralisation des Ca(OH)2 wird in u.a. zementgebundenen, mit EFA-versetzten Baustoff-Formteilen die Lebensdauer von laugeempfindlichen Fasern wesentlich erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Baustoff-Formteile aus einem asbestfreien Stoffgemisch zu schaffen, welche hinsichtlich ihrer bauphysikalischen Langzeiteigenschaften, wie beispielsweise der Feuerwiderstandsfähigkeit und des Spannungsaufnahmevermögens, asbestbewehrten Formteilen möglichst gleichkommen.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den vorangestellten Ansprüchen.
Das Stoffgemisch besteht in der Mischungs- und Formungsphase z.B. aus Zementklinkerpartikeln (Z) spezieller Mahlkörnigkeit, dem für deren Hydratationskristallbildüng erforderlichen Anmachwasser (WZ), Faserbewehrungsstoffen spezieller Aufschlußdickencharakteristik, die neben zementhydratationsunschädlichen Füllstoffen im wesentlichen Cellulosefasern (C-Fasern) enthalten, sowie langzeitqualitätserhaltenden sog. EFA-Kleinstglaskugelzusätzen (E), die mit den im Zementstein u.a. auch entstehenden Ca(OH)2 _Kristallen unter Zugabe von Ergänzungswasser (WE) puzzolanisch reagieren, diese bei ausreichender EFA- und WE-Zugabe weitgehend in die eigentlich die Zementfestigkeit und -dichtigkei t bewirkenden Kalziumsilikathydrate umwandeln und sich dabei voll oder teilweise auflösen bzw. sich mit diesen Sekundärkristallen überziehen.
Bekanntlich wird bisher bei der Herstellung von ZementFormteilen Asbest als Bewehrungsbasis eingesetzt. Asbestbewehrte Zement-Formteile haben in vielerlei Hinsicht vorzügliche Eigenschaften und sind ökonomisch herstellbar. Allerdings hat sich herausgestellt, daß die mit der Herstellung urnd Verarbeitung solcher asbestbewehrter Zement-Formteile befaßten Menschen einem hohen gesundheitlichen Risiko ausgesetzt sind. Zur Vermeidung des gesundheitlichen Risikos der mit den faserbewehrten Zement-Formteilen arbeitenden Menschen wird deshalb nach einer befriedigenden Substitution des Asbestes gesucht.
Wenn man sich hinsichtlich der nutzbaren Biegezugfestig
keiten der erfindungsgemäßen Baustoff-Formteile, und zwar im wesentlichen wegen der Vermeidung von nicht wesentlich festigkeitsgefährdenden aber die Wasserdichtigkeit zunichte machenden Mikrorißbildüngen im Bindemittelstein, auf Nutzbiegebelastungsfähigkeiten beschränkt, die ca. 75 % derjenigen der hochfesten Asbestzementformteile ausmachen, können die übrigen bauphysikalischen Eigenschaften (niedrige Wärmeleitfähigkeit, hohe Isolationswirkung, große Feuerwiderstandsfähigkeit, sehr niedriges Wasseraufnahmevermögen, sehr dehn- und schwindarmes Formänderungsverhalten bei Temperatur- und Feuchtigkeitswechsel) mit den erfindungsgemäßen Baustoff-Formteilen mindestens so gut wie bei Asbestzementformteilen erfüllt werden.
Im Brandbelastungsfall kommt noch als Vorteil hinzu, daß zum Beispiel bei erfindungsgemäßen Baustoffplatten, die in Brandabschnittsbegrenzungen als Wand- und Deckenbeplankungen eingesetzt werden, kein explosionsartiges Zerspringen auftritt, wie das bei Asbestfaserzementplatten häufig beobachtet wird.
Das erfindungsgemäße Baustoff-Formteil zeichnet sich dadurch aus, daß als Asbestfaserersatz ein Faserbewehrungsstoffgemi seh spezieller Aufschlußdi ckencharakteristik ei gesetzt wird, in welchem neben zementhydratationsunschädlichen Füllstoffen im wesentlichen Cellulosefasern (C-Fasern) und wahlweise, nur soweit es zu einer noch weiteren Steigerung des E-Moduls, d.h. der Steifigkeit erforderlich ist, in wesentlich geringeren Mengenanteilen Glasfasern (G-Fasern) (1 Volumenteil Glasfasern auf 5 bis 6 Volumenanteile C-/G-Mischfasern im lufttrockenen Zustand) enthalten sind und daß schließlich auf das Formteilvolumen insgesamt bezogen je nach Kapillarporosität (0 bis max. ca. 15 Vol.. bei den hier
verfolgten Anwendungen) des Bindemittelsteins, bei massedichter Stoffgemischformung, wenn die Formteilvolumenfül Ifaktoren
für den C-Faser/Füllstoffanteil im lufttrockenen Zustand f Bst für den Bindemittelstein fG erforderlichenfalls für den G-Faseranteil
der Bedingung für massedichte Lagerung
fC + fBst = 1
oder bei Zumischen der Glasfasern, soweit das erforderlich ist
fC + fBst + fG = 1
genügen, immerhin beachtlich hohe Fasergemi schfüll aktoren
0,27< fC <0,32
oder bei Zumischen von Glasfasern
0,27< fC + fG <0,32 bei fG≈ 0,05
(vorzugsweisel)
erzielt werden.
Diese beachtlich hohen FasergemischfülIfaktoren fC bzw. fC + fG bei der für die erfindungsgemäßen Baustoff-Formteile vorgegebenen bauphysikalisch und festigkeitsmäßig hohen Langzeitqualität sind mit der dabei notwendigen Verteilungshomogenität der Stoffgemischanteile und der
nur dadurch möglichen Festigkeitsausnutzung dann erzielbar, wenn bei der Aufbereitung, der schrittweisen Vermischung und schließlich der abschließenden Zwangsformung der Stoffgemischkomponenten im lufttrockenen bis hydratat i onswas serf euch ten Zustand entsprechend den Patentansprüchen 1 bis 7, modifiziert 8 und/oder 9 und/oder 10, 11, 12 vorgegangen wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der weiteren Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. Die Erläuterung der erfindungsgemäßen Verwendung, Aufschließung, Abmessungszuordnung, Mischung und Formung der Stoffgemischkomponenten ergibt sich in Verbindung mit den Lagerungsdarstellungen gemäß Figur 1 und 2. In Figur 3 ist ein schematischer, ebenfalls nur theoretischer Querschnitt entsprechend Figur 2 nach einer Bindemittelkristallisation dargestellt.
Der C-Faserhaltige Ausgangs-rohstoff (Rest- und Abfallholz, preiswerte schnellwachsende Frischhölzer, Altpapier u.a.) ist so auszuwählen, daß mit bekannten und geeigneten Zerkleinerungs- und Mahltechniken ohne stoffartbedingt unüberwindliche Schwierigkeiten reproduzierbar möglichst schmalbandige Aufschlußverteilungen insbesondere der im für die nachfolgenden Mischprozesse so aufbereiteten C-Faserhaufwerk enthaltenen C-Einzelfaserdurchmesser DC im lufttrockenen bzw. DCq-Aufschlußverteilungsgesamtbereich beispielsweise auf
ca. 40 μm < DC < 110 μm bzw. ca. 50 μm < DCq < 135 μm
eingestellt werden kann.
Wenn gemäß der Lagerungsdarstellung aus Figur 1 eine idealisiert tri agonallagerungsdichte hohlraumfreie Lagerung innerhalb kleiner hydratationswasserfeuchter Stoffgemischvolumina und gemäß Lagerungsdarstellung in Figur 2 in noch kleineren n-vielfach auftretenden Kombi -Stauraumvolumen-elementen Δ
S für alle beteiligten Korn- und Faserpartikel samt ihrem Hüllwasser und C-Faserdepotwasser angenommen wird, so trifft diese Näherungsannahme umso besser zu, je schmalbandiger die Durchmesserverteilungen D
C bzw. D
Cq der C-Fasern, D
G der G-Fasern (falls vorhanden) und D
o der Z- und EFA-Großpartikel sind und je enger die Verhältniszuordnungen
0,9<DC/Do< 1,1 d.h. 44 μm< Do < 100 μm bzw.1,1<DCq/Do <1,35 z.B. schmalbandig 70 μm <Do <100 μm oder " 77 μm < Do < 75 μm
(ohne EFA-Zugabe) und falls vorhanden
0,175 <DG/Do < 0,195 ) bei fG≈0,05 bzw.0,16 <DG/DC<0,22 )
eingehalten werden, wenn dabei außerdem die Hydratationswasserzugabe
in Gewichtsanteilen des Zements auf den
engen Bereich 0,375 ≤ W
Z ≤ 0,45
für kapillarporenfreien bzw. kapillarporenarmen Zementstein beschränkt wird (Patentansprüche 1 und 4 anteilig).
Bei diesen erfindungsgemäßen Korngrößen-, Hüll- bzw. Depotwassermengen- und Faserdurchmesser-Zuordnungen sind die aufgrund von Ausrei ßhaftungskriterien zustande gekommenen Faserlängenvorgaben
LC ≈ 1 mm bis einige Millimeter
und falls vorhanden
LG ≈ 1, 5 mm bis einige Millimeter
ausreichend groß, um bei einer entsprechend verteilungshomogenisierenden erfindungsgemäßen Stoffkomponentenmischfolge und prinzipiellen lufttrockenen bis hydratationswasserfeuchten Mischtechnik (Patentansprüche 7, 8, 9, 10, 11, 12) eine in kleinen Stoffgemischvolumina mit Raumabmessungen im Millimeterbereich zunächst parallele bis schiefparallele überwiegende Tangential-Zwangsaniagerung der, falls vorhanden, wenigen (fG = 0,05) dünnen G-Fasern, entsprechend Patentanspruch 6, an die dazu relativ dicken C-Fasern im Mischungsvorgang (Patentanspruch 7a) und dann eine C-Faserstrang-parallele Anlagerung von Bindemittel-Großpartikeln mit dem Durchmesser
samt ihren wasseroberfl ächenspannungsbedingt stabilen
Wasserhüllen des Hüllzylinderdurchmessers D = ß.Do in den
anschließenden Misch- und Formungsvorgängen (Patentansprüche 7b) bis 7e), modifiziert 8, 9, 10, 11, 12) annehmen zu dürfen.
Erst das aufeinander abgestimmte Befolgen der Vorgehensregeln laut Patentansprüchen 1, 4 anteilig, sowie 7 und modifiziert 8, 9, 10, 11 und/oder 12 läßt in mehr oder weniger guter Näherung überhaupt erst das Stoffgemi schlageru ng smode ll für die hydratationswasserfeuchte triagonallagerungsdichte Anordnung paralleler C-Faserstränge bzw. evtl. entsprechend Patentanspruch 5 C-/G-Faserstränge mit allseits kompletter Umhüllung durch ihrerseits wieder wasserumhüllte Bindemittel-Großpartikel mit dem Durchmesser D
o in kleinen hydratationswasserfeuchten Stoffgemischvolumina mit Raumabmessungen im Millimeterbereich zu, die ihrerseits wieder aus n-vielfach auftretenden kleineren Kombi-Stauraumvolumenelementen Δ
gemäß Lagerungsdarstellung in Figur 2 mit deren Einordnungssystematik gemäß Lagerungsdarstellung in Figur 1 bestehend angenommen werden können.
Eine besonders vorteilhafte Vorgehensregel ergibt sich durch die erfindungsgemäße Anwendung der Kombination der in den Patentansprüchen 1, 4 anteilig, 7, modifiziert 8, 9, 10, 11 oder 12 verankerten Merkmalen. Hierbei ist die Näherungsannahme des reproduzierbaren n-vielfachen Auftretens aneinandergereihter Kombi -Stauraumvolumenelemente Δ
![Figure imgf000010_0001](https://patentimages.storage.googleapis.com/cb/dc/ad/3f9985691712fd/imgf000010_0001.png)
gemäß Lagerungsdarstellung in Figur 2, in größeren hydratationswasserfeuchten Stoffgemischvolumina mit Raumabmessungen im Millimeterbereich und mit in diesen einigen Millimeterabständen entsprechend der angewandten Schutt- oder richtungsori enti erten Lagenrieselungstechnik bei der Bauteilfeuchtformung mehr oder weniger zufällig wechselnden Faserrichtungen parallelfaseriger kleiner Stoffgemischvolumina zulässig.
Es können für die Bestimmung der Gesetzmäßigkeit der relativen Zuordnung von Partikel- und Faserabmessungen sowie Stoffgemischvolumenanteilen im Formteilgesamtvolumen zur Gewährleistung der wahlweisen, allseitigen C -/G-Faserstrangumh ü l lung mi t zentra ler , unter Depotwas seraufnahme gequollener C-Einzelfaser und faserstrangperipherer Bindemittelgroßpartikeln samt Partikelhüllwasser die geometrischen Gesetzmäßigkeiten für das idealisierte Kombi -Stauraumvolumenelement Δ
![Figure imgf000011_0002](https://patentimages.storage.googleapis.com/40/96/70/757c43f5281a89/imgf000011_0002.png)
gemäß Lagerungsdarstellung in Figur 2 unter Vorgabe der Volumensummenbedingung für massedichte Lagerung, der C-Faserquellerfahrung D
Cq ≈1,225. D
C sowie der auch für sperrungsarme Verschiebbarkeit der Stoffgemischanteile vorteilhaften Triagonallagerungsäquidistanz D zwischen den Zentren der Z-/E
G-Großpartikel (angenähert durch partikelvolumenäquivalente Kugelzonen des Durchmessers D ) und den Zentren der C-Fasern (angenähert durch Kreisquerschnittsfasern des Durchmessers D
p bzw. D
p ≈ 1,225. D
C) näherungsweise berechnet und auf das Formteilgesamtvolumen übertragen werden.
Das Lagerungsmodell gemäß Lagerungsdarstellung in
Figur 2 gilt auch dann, wenn bei Erfüllung der Patentansprüche 2 und 3 die Ca (OH )
2-Kristallphasen des Zements durch Zugabe von EFA-Kleinstglaskugeln und Ergänzungshydratationswasser W
E später weitestgehend puzzolanisch umgewandelt werden sollen.
Wenn das Verhältnis GE/GZ≈0,18 i. Mittel gemäß Patentanspruch 3 angesetzt wird, sind gemäß den Mengen- und Korngrößenverteilungsangaben für EFA in Patentanspruch 3 etwa 4 von 100 Do-Großkugelzonen gemäß Figuren 1 und 2 mit EFA-Großpartikeln besetzt.
Wenn we iter i m Fal l e von EFA-Zug abe gemäß Patent an s pr ü chen 2 und 3 d i e größten Durchmes ser der D - Kuge l zon en gemäß Fi gur 2 s i ch i n ei nem Vertei l ungsb erei ch
65 μm < Do < 90 μm
bewegen, die grobkörnigen Z-Partikel mit etwa gleicher Korngrößenverteilung überwiegen, die wenigen sehr viel kleineren Z-Partikel zu Klümpchen zusammengebacken in D
o -Kugelzonen Platz finden, die C-Fasern entsprechend Patentanspruch 1 passend selektiert sind, so haben bei Hydratationswasserzugabe gemäß Patentanspruch 4 alle EFA-Mittel (E
M)- und EFA-Kleinst (E
K) -Partikel theoretisch in den Schlüpfkugelhohlräumen (mit dem Durchmesser "d") Platz, die in der Figur 2 für das Kombivolumenelement zwischen den D
o -Kugelzonen eingezeichnet sind.
Nach diesen grundsätzlichen Erläuterungen zur näherungsweisen Gültigkeit des diskutierten Stoffgemi schlagerungsmodells im massedicht zwangsgeformten hydratationswasserfeuchten Zustand wird die Lagerungsgeometrie und die davon abhängige Zuordnung der Volumenanteile der Stoffgemischkomponenten in einem Kombi -Stauraumvolumenelement
gemäß Figur 2, welches in kleinen Stoffgemischvolumina mit Raumabmessungen im Millimeterbereich n-vielfach (nx3 x 5 x 10 = 150) neben-, über- und hintereinander gepackt auftritt, beschrieben.
In der folgenden Beschreibung wird von einer Zugabe von Glasfasern gemäß Patentanspruch 6 ausgegangen. Grundsätzlich können die Glasfasern auch weggelassen werden. In einem Anwendungsfall ohne Glasfasern sind die in Figur 2 mit G bezeichneten Raumelemente mit anderen feinen Partikeln - z.B. EFA-Feinstglaskugelchen - ausgefüllt.
Der Vorteil einer Glasfaserzugabe liegt in der Steigerung des E-Moduls, d.h. der Steifigkeit des Baustoff-Formteils, wenn erforderlich.
In dem Kombi -Stauraumvolumenelement Δ mit den Kanten
längen B
S, H
S, T
S gelten ausgedrückt durch
die Triagonallagerungsäquidistanz D gemäß Lagerungsskizze 2,
den Durchmesser D der Kugelzonen, deren Volumen etwa gleich groß sein soll wie das der Z- und EG-Großpartikel mit Korngrößen ≈Do ,
den Durchmesser D C bzw. DCq der lufttrockenen bzw. naßfeucht gequollenen C-Fasern,
den Durchmesser D <D Cq, bis zu dem das C-Faser-Depotwasser in die C-Faser eintritt,
die Wasserhüllfaktoren und ß, für die in den Bereichen
wasseroberflächenspannungsbedingt stabile Partikelwasserumhüllungen mit Außenhülldurchmessern "α.D
o" bzw. "ß. D
o" vorausgesetzt werden dürfen,
den Durchmesser d der Schlüpfkugelzonen, in denen im Falle von EFA-Zugabe die mittleren (EM) und kleinsten (EK) EFA-Partikel theoretisch komplett unterbringbar sein müssen,
den Durchmesser DG der evtl. an die C-Fasern angelagerten G-Fasern, wobei die entsprechenden Räume ohne G-Fasern z.B. mit entsprechenden EFA-Kleinstpartikeln ausgefüllt sind,
im Falle massedichter Lagerung aller am Stoffgemisch beteiligten Komponenten die folgenden Beziehungen:
BS = 3 · D = 3 · ß · Do D = ß · Do HS = 30' 5. D = 30'5 · ß · Do TS = α· Do
DCq≈ 1,225· DC (Quellerfahrungswert)
DCq ≤ 2 D - Do (Äquidistanzbedingung für triagonal!agerungsdichte
Packung der Bindemittelgroßpartikel und umlagerten C- Fasern im Quellzustand der C-Fasern bei voller Depotwasseraufnahme)
oder umgewandelt in die Bestimmungsgleichung für ß
r
Volumenrelationen, beschrieben durch VolumenfülIfaktoren f;
(7) d ≤ D
o [(α
2 +(3
2 )
0,5 -1] (Schlüpfkugelzonengrenze)
T
(9) Bedingung für massedichte Lagerung
fC + fZ + fEG + fEM + fEK + fCW +fHW + fG = 1,0 Partikelhüllwasser
Präzisierung der Volumenfüllfaktoren infolge Patentansprüche 2, 3 und 4
Was im Gesamtformteilvolumen gilt, soll auch im Volumenelement Δ angenommen
werden.
V
EG = 0,15·
E = Volumen der EFA-Großpartikel mit 40μm<∅
EG< 90μm
f
WZ + f
WE =W
Z·3,2·f
Z + W
E2,4·f
E f
E = 0,24 f
Z
Aus der Bedingung (9) für massedichte Lagerung folgt nun mit den gem. Patentansprüchen 3,4 und 5 präzisierten Volumenfüllfaktoren (10) bis (15)
fC + fZ + fE + fWZ+ fWE + fG = 1
und daraus bei nach (1) vorgegebenen Hüllwasserfaktor βmin und den nach (2) und (3) gegebenen Füllfaktoren fC und fG eine Bestim m ungsgleichung für den Hüllwasserfaktor α:
oder anders zusammengefaßt:
Wenn die Gle ung (18) mit den Bedingungen für die Wasserfüllfaktoren
für stabile Partikelwasserhünen für Misch,- und Formungsvorgänge im halbtrockeneπ bis naßfeuchten Zustand des Stoffgemischs für verschiedene Werte 0,375< W
Z< 0,45 als Bedingung für einen kapillarporenfreien/- armen Zementstein unter Einhaltung der Triagonallagerungsbedingung (1) als weitere
Vorgabebegrenzung für den Wasserhüllfaktor ß
min mehrfach für verschiedene Parametervariationen D
C / D
o, W
Z, ß ≥ 0,5(1+1,225
durchgerechnet wird, so ergeben sich sinnvolle Lösungen nur in dem engen Bereich
Wenn für den Fall, daß Glasfasern in geringem Umfang zugegeben werden, fG = 0,05 konstant gehalten und fC größtmöglich angestrebt wird, folgt aus (3):
V
Kontrolle nach (16):
0,2654+0,2741+0,0658+0,3479+0,05 = 1,003 (in Ordnung)
b) WZ = 0,45; ß= 1,174; α= 1,113; fG = 0,05; aus (2): fC = 0,2654; <
Aus diesen Beispielrechnungen geht hervor, welch hohe Formteilvolumenanteile für die Faserbewehrungskomponente Cellulosefasern auch bei Zugabe von EFA-Bindemittelzusätzen in diesen erfindungsgemäß bei massedichter Formung dann wasserdichten, säureresi stenten, nicht entflammbaren und wegen der hohen Cellulosefaseranterle stark wärmeflußhemmenden und schalldämmenden sowie sprödbruchunempfindlichen Baustoff-Formteilen relativ hoher Biegungsbelastungsfähigkeit möglich sind, wenn die Mischungs- und Formungsvorschriften gem. Patentansprüchen 7, modifiziert 8, 9, 10, 11 und 12 und die damit mögliche Realisierung der Bemessungs- und Dosierungsvorschriften gem. Patentansprüchen 1 bis 6, im Detail vorgeschrieben, durch die Bestimmungs- und Kontrollformeln (1) bis (18) befolgt werden.
Die aus den weiter vorn erläuterten Gründen für die Sicherung der Langzeitqualitätskonstanz dieser BaustoffFormteile sehr vorteilhafte EFA-Bindemittelzugabe oder äquivalente Ersatzstoffzugabe gleicher chemischer Reaktionseigenschaften zum Zementpulver bedarf dann einer
Zementmahlfeinheit mit Korngrößen Do mit überwiegenden
Abmessungen im Bereich 65μm<Do < 90 bis 100μm und eines geeigneten C-Faserausgangsrohstoffs, aus dem sich mitbekannten Zerkleinerungs- und Mahltechniken C-Faserflocken herstellen lassen, deren C-Einzelfasern Längen von ca. 1 mm bis einige Millimeter aufweisen und deren
Durchmesserverteilung D C bzw. DCq im lufttrockenen bzw. naßfeucht gequollenen Zustand die Bemessungsvorschrift
9
Die dann mögliche verteilungshomogene Unterbringung von C-Einzelfasern bei allseitiger Bindemittelsteinumhüllung erfordert eine Volumenanteildosierung gem. Patentanspruch 5 (und 6)
Die höchste Faserzugabe ist also bei dem höchsten Verhältnis DC/Do möglich. Dieses kann über 1,1 hinaus aber nur gesteigert werden, wenn das Hydratationswasser/Zement-Gewichtsverhältnis WZ auf einen Wert WZ = GWZ/GZ > 0,45 angehoben wird, womit leider eine Erhöhung des Bindemittelsteinkapillarporenanteils einhergeht. Dies ist, wenn Wässerdichtigkeit der Baustoff-Formteile verlangt wird, aber nicht möglich.
Für das Rechenbeispiel Nr. 1a) mit DC/Do = 1,0 und WZ = 0,375; WE = 0,12, für das die Lagerungsskizze 2 relativ geometrisch richtig gezeichnet ist, werden mit den spezifischen Stoffgewichten
= 3,2 g/cm
3; = 2,4 g/cm
3; 1,49 g/cm
3;
= 2,6 g/cm
3; = 1,0 g/cm
3
in der folgenden Wertetabelle beispielhaft Umrechnungen von Volumenanteilen auf Gewichtsanteile vorgenommen, welche für Dosierungszwecke eher benötigt werden.
Die vorstehend erläuterten Stoffgemi schlagerungsannahmen und die dafür mit Rechenbei spielen belegten relativen Zuordnungen von Partikel- und Faserabmessungen sowie Stoffgemischanteilen im hydratationswasserfeuchten Formteil gestatten noch die folgenden Ergänzungsaussagen:
Ca. 28 bis 38 % des gesamten Hydratationswassers werden als C-Faser-Depotwasser aufgesaugt und an einer zu schnellen Verdunstung beim Erhärten und Abbinden des Formkuchens gehindert. Dadurch werden die an den Randzonen dieser Formteile bei zu schneller Wasserverdunstung sonst auftretenden Abbinderisse im Bindemittelstein praktisch voll verhindert.
Da die Hydratationsgele zumindest in die äußeren Feuchträume der C-Fasern eindringen, ergibt sich quasi eine "Verzahnung" des erhärteten Bindemittelsteins mit den Cellulosefasern C, die deren Entflammbarkeit im ausgehärteten Formteil praktisch verhindert.
Der Volumenanteil der Cellulosefasern, ausgedrückt durch den Stauraum-Füllfaktor fC der trockenen Cellulosefasern bewegt sich im Bereich zwischen 0,22 und 0,27, während sich der Volumenanteil der gequollenen und endgültig ausgehärteten Cellulosefasern fCq im Bereich von 0,33 bis 0,40 bewegt. Dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit des Baustoff-Formteiles gegenüber dem reinen Bindemittelstein erheblich herabgesetzt, was auch die Feuerwiderstandsfähigkeit des Produktes erhöht. Auch das Schalldämmungsvermögen wird damit verbessert.
Das vorstehend beschriebene Baustoff-Formteil wird wie folgt hergestellt:
Cellulosefaserhaltige Rohstoffe werden mit nach dem Stand der Technik bekannten Zerkleinerungs- und Mahltechniken zu C-Faserflocken aus Einzelfasern mit den Dicken Dp bis
DCq, je nach Feuchtegehalt, gebracht. Der Quelldurchmesser DCq läßt sich vorzugsweise derart kontrollieren, daß Faserstichproben entnommen und mit Wasser angereichert werden, welche anschließend leichtgepreßt und dann mikroskopisch untersucht werden. Mit bekannten Methoden werden dann die stauraumvolumetrisehen und gewichtsspezifischen Eigenschaften der Feuchtfasern und der Depotwassersättigungsgrad der Cellulosefasern bestimmt.
Ist der Wassersättigungsgrad der mischtechnisch weiterzuverarbeitenden Cellulosefasern und das spezifische Gewicht der luftfeuchten Cellulosefasern ( ≈ 1,49 g/cm3) bekannt, so kann über das tatsächliche spezifische Gewicht der Feuchtfaser das für ein vorgegebenes Gesamtstoffmischungs-Stauraumvolumen benötigte Feuchtfasergewicht entsprechend dem in der Tabelle angegebenen Stauraum-Volumenfüllfaktor fC bzw. fCq bestimmt werden, woraus sich die benötigte Fasermenge ergibt.
Auf diesen Dosierungsleitwert (1,0) bezogen, ergeben sich dann die in Tabelle I in der letzten Spalte angegebenen Gewichtsanteile der übrigen Stoffmischungskomponenten.
Unter Beachtung der vorstehenden Bemessungs- und Dosierungsangaben werden in einem homogenisierenden Mischvorgang die Cel lulosefasern, die Zement- und die EFA-Partikel mit Hilfe einer pneumatisch/mechanischen Zwangs¬mischung vermischt. Die Zwangsmischanlage muß eine hochturbulente gegenseitige Bombardierung der eingebrachten Cellulosefasern, der Zement- und EFA-Partikel erlauben.
Wesentlich ist es, daß alle Mischungskomponenten im trockenen, bzw. höchstens luftfeuchten Zustand zugegeben werden. Aufgrund der vorstehenden Bemessungsangaben wird die in Fig. 2 idealisiert dargestellte Struktur nahezu erreicht, da die Partikel aufgrund van der Waals'scher Kräfte, elektrostatischer Kräfte und/oder Flüssigkeitsbrückenbildung infolge von aus den luftfeuchten Celluloseflocken evtl. austretenden Flüssigkeitströpfchen gegenseitig fixiert werden.
Die Zwangsmischung kann beispielsweise mit einer Schlagkreuzmühle mit Rundsieben herbeigeführt werden. Es sind geeignete Hintereinanderschaltungen unterschiedlich großer Schlagkreuzmühlen mit unterschiedlichen Sieblochformen und -großen in den Rundsieben denkbar, die z.B. zuerst eine Vorzerkleinerung der cellulosefaserhaltigen Rohstoffe zu C-Stoffschnitzeln oder auch gleich zu C-Faserflocken und in einem zweiten Zerkleinerungsprozeß in derselben oder einer nachgeschalteten Zerkleinerungsanlage die Beimischung der Feststoffpartikel erlauben, wobei letztere wie kleine Geschosse in das C-Schnitzelbzw. C-Faserhaufwerk eindringen und dieses dabei in Einzelfasern mit zwischengelagerten Feststoffpartikeln aufteilen. Solche Schlagkreuzmühlen mit Rundsieben sind dann gleichzeitig Zerkleinerungs- und pneumatisch/mechanisch wirkende Mischorgane.
In einem sich anschließenden Verfahrensschritt wird das nahezu ideal vermischte Feststoffpartikelgemiseh von überschüssiger Ansaug- und Transportluft, welche bei dieser Zerkleinerungsmethode zwangsweise durchgesetzt und damit auch gleichzeitig dem pneumatisch/mechanischen Mischvorgang automatisch mitüefert, befreit.
In einer apparativen Ausführungsform ist hierzu ein Wehr denkbar, über das die Feststoffmischung hinwegtransportiert wird, wobei die überschüssige Transportluft nach vorne und oben entweichen kann.
In einem dritten Verfahrensschritt wird dem Feststoffpartikelgemisch während des senkrechten Herabfallens in schwachturbulentem Schwebestrom gerade soviel W.assernebel zugemischt, daß ohne Partikelausspülungen mindestens eine Hydratationswassermenge in das Gemisch eingelagert wird, welche den oben stehenden Bemessungsangaben entspricht. Es werden also um die Fasern und die Partikel Wasserhüllen gebildet, welche durch die Oberflächenspannung des Wassers stabilisiert sind. Dabei ist eine leichte Überdosierung des Wassers solange unschädlich, wie keine Feststoffpartikelausspülung erfolgt. Auch darf keine die Homogenität der Verteilung zerstörende Umlagerung der Feststoffpartikel auftreten.
Gemäß Ausgestaltung der Erfindung in Anspruch 9 kann heißer Wasserdampf statt umgebungstemperiertem Wassernebel eingetragen werden. Diese Alternative erleichtert den Wasserzutritt und erhöht, falls etwas niedrigere Formteileendfestigkeiten nach der 28-Tage-Aushärtung des Bindemittelsteins hingenommen werden können, die Erstarrungsgeschwindigkeit des Bindemittel-/Wassergemisches nach der abschließenden Zwangsformung des Baustoff-Formteils und erleichtert damit dessen weniger beschädigungsempfindliche Handhabung nach Durchlaufen des Verfahrensschrittes 7 c) wesentlich.
Sodann wird das Material in jedem Fall nach bekannten Techniken einer Schutt- und Riese! Verformung unterzogen, indem es beispielsweise auf einem Formband abgelegt wird, und anschließend verdichtungsgeformt (z.B. Plattenpressung).
Falls weniger hohe Ansprüche an die Witterungsbeständigkeit, die Feuerwiderstandsfähigkeit, die Biege-Zugfestigkeit, das Schwind- und Dehnungsverhalten der BaustoffFormteile gestellt werden, so kann auf die Verdichtungsformung verzichtet werden und ein relativ viele Luftporen enthaltendes Formteil dadurch erzielt werden, das die in oben stehendem Verfahren erhaltene Mischung lediglich eingerüttelt und einem kalibrierendem Leichtpressen unterzogen wird. Nach einer weiteren Ausgestaltung wird im Falle sehr dünnschaliger Baustoff-Formteile der dritte Verfahrensschritt substituiert. Dazu wird das trockene Feststoffpartikelgemisch auf ein zuvor mit einem entsprechenden Wasserfilm beaufschlagten Formband gerieselt. Aufgrundder entstehenden Kapillaren des Feststoffhäufwerkes wird das Wasser teils aufgesogen, ohne die nahezu ideale Mischung zu entmischen und beim späteren Formpressen endgültig homogen verteilt. Das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Baustoff-Formteil wiest erfahrungsgemäß vorzügliche mechanische Eigenschaften auf, die denjenigen von Asbest-Baustoff-Formteilen sehr nahe kommen. Die Tragfähigkeit entspricht beispielsweise 3/4 des Wertes vonhochbelastungsfähigen Asbestfaser-Zementplatten.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnungen zum Ausdruck kommenden Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigerKombi nation für die Verwirklichung der Erfindung wesent- lich sein.
In den Figuren 4 und 5 ist für ein weiteres Verfahren ein Schema zur Herstellung asbestfreier Baustoff-Formteile dargestellt.
Eine Dosiervorrichtung 10 für das Feststoffpartikelgemisch 16 weist gemäß Figur 4 eine horizontal schwenkbare Auslaßvorrichtung 12 des pneumatisch/mechanisch arbeitenden Mischorganes auf, aus dem das quasihomogene Feststoffpartikelgemisch 16 durch einen pneumatischen Transportvorgang entmischungsfrei ausgeblasen und in einem Gehäuse 18 mit einer der Auslaßvorrichtung 12 gegenüber angeordneten Prallplatte 14 aufgefangen wird. Auf dieser Prallplatte 14 baut sich durch die pneumatische Partikelzuführung im Falle nach oben ermöglichtem Abzug von Transportüberschußluft ein sehr dicht gelagertes Parti kelpolster auf. Bei Vorhandensein eines Schlitzes 21 in der Gehäusebodenplatte 19 kann das verdichtete Partikelgemisch in Abhängigkeit von der Größe dieses Schlitzes 21 und der Geschwindigkeit eines darunter laufenden Transportbandes 20 auf letzterem dosiert abgelegt werden. Eine Andruckrolle 22 vergleichmäßigt die Schichtdicke des auf dem Transportband 20 abgelegten Parti kelgemischs. Am Ende des Transportbands 26 fällt die leicht vorverdichtete Feststoffpartikelschicht im wesentlichen ohne Entmischung und zeiteinheitsdosiert auf ein Formband 20.
In Figur 5 sind mehrere Feststoffpartikelgemisch-Dosiervorrichtungen 10 entlang eines Formbandes 28 angeordnet. Dadurch kann ein Baustoff-Formteil bestimmter Dicke in vorteilhafter Weise in mehreren Schichten aufgebaut werden. Dazu wird mittels einer Sprüh- oder Schleierbenetzungseinrichtung 30 zunächst ein dickendosierter Wasserfilm auf dem Formband 28 abgelegt. In diesem
dünnen Wasserfilm wird aus einer ersten Dosiervorrichtung 10 eine der Wassermenge in diesem Wasserfilm zuzuordnende Feststoffpartikelschicht dosierter Dicke aufgerieselt, die anschließend durch eine Andruckwalze 32 in der Dicke vergleichmäßigt und leicht vorverdichtet wird. Mittels einer regelbaren Schlei erbenetzungsvorrichtung 34 wird anschließend ein dünner, beim Auftreffen auf die Feststoffpartikelschicht noch nicht aufgerissener Wasserfilm so schonend bei entsprechend aufeinander abgestimmten Wasserschieierfallgeschwindigkeiten und Formbandtransportgeschwindigkeiten auf die Feststoffpartikelschicht quasi wie eine Folienhaut aufgelegt, daß beim anschließenden Aufsaugvorgang keine oder nur unwesentliche Oberflächenpartikelumlagerungen stattfinden. Die Regelmäßigkeit eines unverletzten Wasserschleiers zwischen dem Wasserschleieraustritt und der auf dem Formband 28 aufliegenden Feststoffpartikelschicht kann z.B. durch Zugabe von Tensiden in der erforderlichen Dosierung erreicht werden. Gleichzeitig lassen sich über den Wasserschleier auch flüssige Abbindezeitsteuersubstanzen für die jeweils benötigte Dosierungspaarung von Bindemittelpartikeln und Hydratationswasser einbringen. Nun werden die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte solange wiederholt, bis die gewünschte Zahl der FestStoffpartikelschicht-/Wasserfilm-Paarungen aufeinandergelegt ist, Danach kann das Baustoff -Formteil mit bekannten, hier nicht dargestellten Zuführungstechniken unter eine Formteilpresse 36 gebracht und je nach gewünschtem Verdichtungsgrad mit den dafür erforderliehen Preßdrücken zumindest bis hin zu einer quasi-luftporenfreien Feuchtverdichturig ausgeformt werden.