DE19752045A1 - Mischung und Herstellung von Formteilen aus Glasfaserbeton sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung solcher Formteile - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Stoffzusammensetzung zur Herstel­ lung von Formteilen aus Glasfaserbeton sowie an die neuartige Rezeptur ange­ paßte Herstellungsverfahren und -vorrichtungen.

Es ist bekannt, dünnwandige Formteile, wie sie beispielsweise für Dachfirste be­ nötigt werden, aus faserverstärktem Beton herzustellen. Da die zunächst nur manuell durchgeführten Verfahren sehr zeit- und kostenintensiv sind, wurden schon vor ca. 20 Jahren neue Herstellungsverfahren entwickelt. Dazu gehörte vor allem das Injektionsverfahren, bei dem zunächst eine fertige Mischung aus Zement, Wasser, Bewehrungs- bzw. Verstärkungsfasern und Zuschlagstoffen hergestellt wird. Diese Slurry-Mischung wird in die Form injiziert, entwässert und zum Erhärten in eine Stützschalung abgelegt.

Dieses Verfahren funktionierte mit den zunächst als Bewehrung bzw. Verstär­ kung verwendeten Asbestfasern gut. Nach dem Verbot von Asbest in der Bauin­ dustrie wurden Versuche mit Cellulose und Kunststoffasern als Ersatz unter­ nommen. Dabei zeigte sich, daß die so hergestellten Formteile nur eine sehr ge­ ringe Festigkeit aufweisen. Die Folge ist, daß, wenn Teile, die der freien Bewitte­ rung ausgesetzt sind, nicht bereits beim Transport zur Baustelle oder bei der Be­ festigung zu Bruch gehen, diese sehr häufig nach relativ kurzer Zeit, bei natürli­ cher Bewitterung, Verformung oder durch Frost, Risse aufweisen. Ursachen da­ für sind die relativ kurzen Faserlängen, i.d.R < 6 mm, die geringe Festigkeit von Cellulose- und Kunststoffasern, der gegenüber der zementgebundenen Matrix geringe Young-Modul der eingesetzten Fasern und die bei Bewitterung ungünsti­ gen Eigenschaften der in relativ großer Menge eingesetzten Cellulosefasern.

Diese Problematik führte zur Forderung einer neuartigen Mischung, deren we­ sentlicher Bestandteil 10-20 mm lange Glasfasern sind. Die Faserlänge hat ent­ scheidenden Einfluß auf die Biegezugfestigkeit, Verformungswiderstand und die Schlagzähigkeit. Andererseits führen längere Fasern häufig zum Verstopfen der Leitungen vom Mischungsvorratsbehälter zur Form und erschweren dadurch ei­ ne kontinuierliche Produktion. Ziel der Erfindung ist es, einen Mischungsaufbau unter Verwendung von 10-20 mm langen Glasfasern zu entwickeln, der ein Ver­ stopfen verhindert und damit eine kontinuierliche Produktion ermöglicht.

Weiter ist es ein Problem zu vermeiden, daß Zement beim Preßvorgang bzw. beim Entwässern aus dem Formteil tritt. Eine Möglichkeit besteht in der Zugabe größerer Mengen natürlicher Cellulose, deren Einzelfasern eine sehr große spe­ zifische Oberfläche besitzen. Cellulose hat aber den Nachteil, daß sie bei der Wasseraufnahme quillt, wobei diese Volumenvergrößerung zu Spannungen im Material führt. Die Folge sind geringe Festigkeiten und Rißanfälligkeit bzw. Ris­ se des fertigen Produktes.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine neue Zement/Glasfasermischung zu fin­ den, die es erlaubt, Formteile mit hoher Biegezugfestigkeit und Schlagzähigkeit herzustellen, aus denen beim Entwässern der Zement nicht oder nur in geringem Maße ausgepreßt wird und die darüber hinaus eine hohe Stabilität gegenüber Witterungseinflüssen aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch wiedergegebenen Merkmale gelöst und durch die Merkmale der Unteransprüche gefördert.

Aus der EP 0 494 920 ist eine Zementmatrix zur Herstellung von glasfaserver­ stärktem Zement oder Beton bekannt, die insbesondere zur Herstellung von Flachplatten verwendet wird. Die Mischung besteht aus Portlandzement, Hoch­ ofenschlacke, Sand und zum Binden von bei der Hydratation freigesetzten Calci­ umhydroxid, einer ausreichenden Zuschlagsmenge aus Flugasche, reaktivem Si­ liciumdioxid, Metakaolin, Diatomeenerde und/oder Pozzuolanerde. Der glasfaser­ verstärkte Beton wird dadurch hergestellt, daß man schichtweise die Zementma­ trix und Glasfasern in eine Form einbringt, wobei die Glasfasern entweder als aufgespleißter Glasfaserroving (Glasfaserstrang) aufgelegt, oder mit Hilfe eines Faserspritzverfahrens aufgebracht werden. Jedoch lassen sich dreidimensional geformte Bauteile mit gleichmäßiger Schichtdicke auf diese Weise nicht herstel­ len.

Überraschenderweise läßt sich aber eine Matrix aus Zement, Sand, Steinmehl, bzw. Kalkstein, Feinsand und Wasser jedoch auch mit langfasrigen Glasfasern vermischen und für Injektionsformverfahren verwenden, wenn dieser Mischung in geringer Menge Kunststoff- und Kunststoffwattefasern sowie ein Retenti­ onsmittel für den Zement zugefügt werden.

Solche Mischungen lassen sich überraschenderweise trotz der langfasrigen Glas­ fasern nicht nur problemlos mischen und über entsprechende Leitungen in die Injektionsform einbringen, sondern halten auch beim Auspressen des über­ schüssigen Injektionswassers die pulverförmigen Materialien in ausreichender Weise zurück, so daß eine feste Matrix entsteht. Vorteilhaft ist hierbei, wenn bei der Auspressung das Auslaßsieb noch mit einer dreidimensional verformbaren Latex-Gewebelage überspannt wird.

Die erfindungsgemäße Mischung enthält auf jeweils 100 kg Zement folgende Zu­ sätze:

Sand	5,0 bis 20 kg
Steinmehl (Kalkstein)	5,0 bis 20 kg
Feinsand	10 bis 30 kg
Wasser	80 bis 130 kg
Kunststoffasern	0,5 bis 2,5 kg
Kunststoffwatte	0,5 bis 2,0 kg
Glasfasern (10-20 mm Länge)	2,0 bis 5,0 kg
Retentionsmittel	10 bis 25 kg.

Der verwendete Zement ist vorzugsweise ein calciumhydroxidarmer Hochofen­ zement, da dadurch der Zuschlag reaktiver Siliziumoxide oder hydroxidbindender Silicate in geringeren Mengen erfolgen kann.

Um die Suspendierbarkeit und den Transport durch die Leitungen zu erleich­ tern, sollte der verwendete Sand eine Körnung von 50 bis 2000 µm, vorzugsweise ungefähr 100 bis 1000 µm im Durchschnitt aufweisen.

Als Feinsand wird vorzugsweise reaktives Siliciumdioxid verwendet, wie es aus Rauchgasen der Schmelzöfen bei der Silicium- und Ferrosiliciumherstellung ge­ wonnen wird, jedoch können auch andere calciumhydroxidbindende Silikate oder reaktive Kieselerden wie Diatomeenerde, Metakaolinit oder Pozzuolanerde ver­ wendet werden. Die Menge dieser Stoffe ist so hoch zu wählen, daß zumindest das freiwerdende Calciumhydroxid bei der Zementhydratation dadurch gebunden wird. Darüber hinaus erhöhen diese feinteiligen Bestandteile (Korngröße vor­ zugsweise 1 bis 50 µm) zusätzlich die Festigkeit der Zementmatrix.

Als Kunststoffasern werden vorzugsweise alkaliresistente Kunststoffe wie Poly­ acrylnitril, Polypropylen, Polyvinylalkohol, Polyethylen oder Polyamide einge­ setzt, wobei Polyacrylnitril bevorzugt ist, da es neben seiner Festigkeit auch eine für die zusätzliche Zementadsorption vorteilhafte Polarität aufweist. Die Fasern werden hierbei in einer Länge von 3 bis 10 mm, vorzugsweise 4 bis 5 mm, einge­ setzt, bei Faserdicken zwischen 20 und 100 µm.

Die verwendete Kunststoffwatte besteht vorzugsweise aus dem gleichen synthe­ tischen Fasermaterialien, die eine Faserdicke von 1-30 µm aufweisen. Besonders bevorzugt wird eine synthetische Watte aus Polyethylenfasern, welche in einer Dicke von 1 bis 10 µm geblasen sind.

Die verwendeten Glasfasern sind bevorzugt alkalibeständige Fasern, vorzugswei­ se die handelsüblichen AR-Glasfasern, welche Zirconoxid (oder Zirconerde) als Zuschlagstoff enthalten, um den Alkaliangriff zu verringern. Glasfasern dieser Art werden als Spinnroving mit Durchmessern von 10 bis 20 µm hergestellt und anschließend auf Länge geschnitten. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise Fa­ sern mit einem Durchmesser von 10 bis 20 µm eingesetzt, wobei die Fasern auf Längen von 5 bis 20 mm geschnitten sind und insbesondere Fasergemische mit Längen von z. B. 12 und 18 mm eingesetzt werden. Auch ein Zusatz von Fasern mit einer Länge von 6 mm kann für einen besonders gleichmäßigen Aufbau der Mischung sinnvoll sein. Die Einzelfasern sind üblicherweise mit einer wasserun­ löslichen Schlichte beschichtet und zu Spinnfäden zusammengefaßt, welche die Dispergierung in Einzelfasern in der Zementmischung erleichtert. Fasern dieser Art sind als Zusatz für Glasfaserbeton handelsüblich.

Als Retentionsmittel werden Polyelektrolyte verwendet, die die Adsorption der Zementteilchen an die Fasern sowie die Agglomeration miteinander fördern. Be­ sonders bewährt haben sich Polyacrylate mit schwach anionischer Ladung, wie sie auch als Flockungsmittel in der Abwassertechnik üblich sind.

Die erfindungsgemäße Mischung wird auf üblichen Anlagen für die Herstellung von Faserbetonelementen verarbeitet, wie sie beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung 0 459 270 A2 beschrieben sind. Durch die gute Verarbeitbar­ keit der erfindungsgemäßen Mischung lassen sich insbesondere auch kompliziert geformte Formen, wie sie für Randstücke, Anschlußstücke oder ähnliches benö­ tigt werden, herstellen.

Die Herstellung erfolgt in üblicher Weise, indem die in entsprechenden Misch­ vorrichtungen homogenisierte Mischung über Leitungen in die Formen gepreßt wird, worauf die Form geschlossen und durch Druck über den Siebboden über­ schüssiges Wasser ausgepreßt wird. Abweichend von dem üblichen Verfahren kann über den Siebboden noch eine zusätzliche Filterschicht aus einem dreidi­ mensional verformbaren Latexgewebe gelegt werden, welche sich unter dem Preßdruck glatt an die Sieboberfläche anlegt und das Entweichen von Zement­ teilchen zusätzlich verhindert. Latexgewebe dieser Art wird beispielsweise zur Herstellung von Badeanzügen etc. in großem Maße eingesetzt. Die geringe Was­ seraufnahme und glatte Oberflächenstruktur erlaubt ein einwandfreies Ablösen des Filters von dem fertigen Formkörper, so daß die Filterschicht viele Male ver­ wendet werden kann, bevor sie sich soweit abnutzt, daß ein Ersatz notwendig ist. Außerdem werden dadurch die Standzeiten der Siebe wesentlich erhöht.

In den folgenden Beispielen werden einige repräsentative Ausführungsformen der Erfindung wiedergegeben.

Claims (12)

1. Mischung zur Herstellung von Formteilen aus Glasfaserbeton gekenn­ zeichnet durch die folgende Zusammensetzung
Zement 100 kg Sand 5,0 bis 20 kg Steinmehl 5,0 bis 20 kg Feinsand 10 bis 30 kg Wasser 80 bis 130 kg Kunststoffasern 0,5 bis 2,5 kg Kunststoffwatte 0,5 bis 2,0 kg Glasfasern (10-20 mm Länge) 2,0 bis 5,0 kg Retentionsmittel 10 bis 25 kg.

2. Mischung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stofflich verschiedene Fasern - vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen, Po­ lyvinylalkohol, Polyacrylnitril und Glasfasern verwendet werden.

3. Mischung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern mit unterschiedlicher Länge von 0,1-20 mm verwendet werden und eine Fein- bis Grobbewehrung ermöglichen.

4. Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement ein calciumhydroxidarmer Zement, insbesondere ein Hochofenzement ist.

5. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinsand und das zugesetzte Steinmehl bzw. Kalksteinmehl Korngrößen von 50 bis 2000 µm, vorzugsweise ungefähr 100 bis 1000 µm aufweisen.

6. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinsand ein reaktives Siliciumdioxid aus Rauchgasen, Flugaschen, Metakaolinit, Diatomeenerde oder Pozzuolaner­ de ist.

7. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffasern Polyacrylnitril, Polypropylen, Polyvinylalkohole, Polyamid oder Polyolefinfasern eingesetzt werden.

8. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffwatte eine Polyethylenwatte mit ei­ ner Faserdicke von 1 bis 10 µm eingesetzt wird.

9. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern aus alkaliresistentem Glas bestehen und einen Faserdurchmesser von 10 bis 20 µm und eine Faserlänge von 10 bis 20 mm aufweisen.

10. Mischung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Retentionsmittel Polyelektrolyte, vorzugsweise ein schwach anionisches Polyacrylat verwendet wird.

11. Verfahren zur Herstellung von Formteilen nach dem Injektionsverfahren, wobei eine fertige Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in eine entsprechende Form injiziert, entwässert und der Rohling zum Erhärten in eine Stützschalung gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Entwässerung ein Filtertuch aus einem dreidimensional verformbaren Latexgewebe auf das Ablaufsieb aufgelegt wird.

12. Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Glasfaserbeton beste­ hend aus einer an sich bekannten Injektionsformanlage, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Entwässerung über ein auf die Siebunterlage aufgelegtes dreidimensional verformbares Latexgewebe erfolgt.