DE20312114U1

DE20312114U1 - Hydraulisch erhärtende Masse für die Herstellung von Formkörpern für künstliche Felsformationen sowie Trockenmischung dafür

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Publication number: DE20312114U1
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Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2013-08-05

Description

Hydraulisch erhärtende Masse für die Herstellung von Formkörpern
für künstliche Felsformationen sowie Trockenmischung dafür

Die Erfindung richtet sich auf eine hydraulisch erhärtende Masse für die Herstellung von weitgehend freitragenden, etwa plattenförmig dünnen Elementen, insbesondere von Formkörpern für künstliche Felsformationen in Form von relativ dünnwandigen Oberflächennachbildungen bestimmter Gesteinsarten mittels einer Form, welche mit der hydraulisch erhärtenden Masse, der Fasern, insbesondere

&iacgr;&ogr; Glasfasern zugefügt sind oder werden, in der nötigen Stärke ausgefüllt wird, die nach dem Erhärten entformt und der Verwendungsstelle zugeführt werden kann, wobei die hydraulische Masse ein zementgebundener Feinbeton ist mit einem Größtkorn der Zuschlagsstoffe unter 4 mm und mit einem hohen Feinteilgehalt, sowie auf eine Trockenmischung dafür.

Bei dem angestrebten Anwendungsfall handelt es sich um die Herstellung dünner, weitgehend freitragender Platten, wofür eine zu einem hochfesten Körper erstarrende Masse erforderlich ist. Eine Armierung kann durch Beimischung von Fasern, bspw. von Glasfasern, erreicht werden.

Eine gattungsgemäße Masse ist dem deutschen Patent 195 04 782 zu entnehmen. Gemäß der dortigen Lehre wird eine flexible Form von einer natürlichen Felsformation abgeformt und alsdann mit einer hydraulischen Masse bestrichen oder besprüht, die nach dem Aushärten eine Wandstärke von bspw.

etwa 2 cm annimmt und bspw. an einem Traggerüst befestigt werden kann, um eine natürliche Felsformation nachzubilden. Trotz der vergleichsweise geringen Wandstärke hat bspw. eine Platte von 1 m² Grundfläche ein Gewicht von mehr als einem Zentner. Geht man von einer nachzuschaffenden Felsformation mit mehr als 10 m² aus und kalkuliert man dabei die Unregelmäßigkeiten der Plattenstruktur mit ein, so kommt man schnell auf ein reines Betongewicht im Bereich von einer Tonne. Dafür ist eine ausreichend stabile Tragkonstruktion zu schaffen, was das Gesamtgewicht abermals in die Höhe treibt. Die Folge sind zusätzliche Kosten für die Schaffung stabiler Fundamente; eine Verwendung in höheren Etagen eines

Gebäudes ist aus statischen Gründen kaum möglich. Schließlich müssen derart schwere Lasten äußerst stabil befestigt werden, weil im Fall eines Losbrechens von Teilen einer solchen Felsformation eine erhebliche Gefahr für das Leben umstehender Personen besteht.

Aus diesen Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Möglichkeit zu finden, wie die mit dem hohen Gewicht gattungsgemäß erstellter Nachbildungen von natürlichen Felsformationen verbundenen Nachteile minimiert werden können.

Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass das in der hydraulischen Masse oder der Trockenmischung zusätzlich zu dem Zementanteil enthaltene Zuschlagstoff-Gemisch neben Quarzsand einen Leicht-Zuschlagstoff enthält.

Sofern der Leicht-Zuschlagstoff derart ausgewählt wird, dass seine mechanischen Eigenschaften denen des bisher verwendeten Quarzsandes nicht nachstehen, so gelingt es, Felsnachbildungen mit etwa vergleichbarer Stabilität, aber von geringerem Gewicht, zu erzeugen, so dass sich die statischen Eigenschaften des fertigen Produkts deutlich verbessern. Dem Erfinder ist es gelungen, das Gewicht des fertigen Produkts auf weniger als die Hälfte des bisherigen Gewichts zu reduzieren, wodurch bspw. auch eine Stützkonstruktion weitaus leichter gebaut werden kann. Damit wird es nun möglich, solche Felsnachbildungen auch in oberen Etagen eines Gebäudes einzusetzen, wo dies bislang an statischen Problemen scheiterte.

Die Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch einen Leicht-Zuschlagstoff des Zuschlagstoff-Gemischs der hydraulisch erhärtenden Masse, der überwiegend oder ausnahmslos eine anorganische Beschaffenheit aufweist, insbesondere eine mineralische, bspw. silikatische, und/oder keramische Beschaffenheit. Solche Substanzen sind einerseits statisch sehr belastungsfähig, im Gegensatz bspw. zu eingebundenen Polymerkörpern. Andererseits sind sie chemisch verträglich zu dem als Bindemittel verwendeten Zement, so dass keinerlei Zersetzungserscheinungen zu befürchten sind.

Besonders bewährt als Leicht-Zuschlagstoff des Zuschlagstoff-Gemischs der hydraulisch erhärtenden Masse hat sich Blähglasgranulat. Solche Partikel können bspw. aus gemahlenem Altglas hergestellt werden, indem sie durch Hitzeeinwirkung aufgebläht werden. Sie haben eine geschlossene Oberfläche, in die kein Wasser eindringen kann, so dass die Frostbeständigkeit gewährleistet ist. Daher kann eine solchermaßen angemischte Masse insbesondere auch für die Erstellung von Felsformationen im Freien verwendet werden.

&iacgr;&ogr; Es hat sich als günstig erwiesen, dass das Zuschlagstoff-Gemisch bis zu 95 VoI.-% eines Leicht-Zuschlagstoffs enthält. Dieser Wert sollte nicht überschritten werden, da der restliche Bestandteil von Quarzsand eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität der ausgehärteten Masse sichert, so dass auch bei Verwendung dieser Masse keine höhere Wandstärke als etwa 2 cm erforderlich

Andererseits sollte, das Zuschlagstoff-Gemisch wenigstens 30 Vol.-%, vorzugsweise mehr als 40 Vol.-%, insbesondere mehr als 50 Vol.-% eines Leicht-Zuschlagstoff s enthalten. Denn vor allem bei einem höheren Anteil des Leichtzuschlagstoffs macht sich die dadurch hervorgerufene Gewichtsersparnis vorteilhaft bemerkbar.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Leicht-Zuschlagstoff eine Dichte von weniger als 1 kg/dm³ aufweist, vorzugsweise von weniger als 0,85 kg/dm³, insbesondere von weniger als 0,75 kg/dm³. Erst durch eine derartig geringe Dichte kann das größere Gewicht der Bindemittel- und Quarzsandbestandteile zu einem Großteil kompensiert werden, so dass sich eine deutliche Gewichtsreduzierung ergibt.

Wenn ein Leicht-Zuschlagstoff eine Korngröße von mehr als 0,1 mm aufweist, insbesondere von mehr als 0,2 mm, und/oder von weniger als 3 mm, vorzugsweise von weniger als 2 mm, insbesondere von weniger als 1,5 mm, so können die zwischen den Partikeln verbleiben Hohlräume leicht mit Zement gefüllt

werden, wobei sich ein Verhältnis der Leichtzuschlagstoffe zu dem Zement (in Gewichtsanteilen) von etwa 1 : 1 ergibt, bspw. mehr als 0,9 : 1,0. Denn da der Reinzement eine Dichte von bspw. 3,1 kg/dm³ hat, während die Dichte der Zementzuschlagstoffe, bspw. Microsilica oder Flugasche, bspw. bei etwa 2,1 kg/dm³ liegt, hat der Zement insgesamt eine deutlich höhere Dichte als die Leichtzuschlagstoffe, sollte der Zementanteil so weit als möglich gesenkt werden.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass der Schwerpunkt der Korngrößenverteilung des/der Leichtzuschlagstoffs (-e) zwischen 0,35 und 0,8 mm liegt, vorzugsweise &iacgr;&ogr; zwischen 0,4 und 0,7 mm, insbesondere zwischen 0,45 und 0,6 mm. Nur durch eine ausgewogene Verteilung des Korngrößenspektrums läßt sich der zwischen den Partikeln verbleibende Hohlraum auf ein Minimum senken.

Die Zementmischung kann als Feinzuschlag ein natürliches Puzzolan (Portlandpuzzolan- oder Traßzement) aufweisen oder ein künstlich hergestelltes Puzzolan, insbesondere in Form einer Suspension eines feinstkörnigen, weitgehend amorphen, mineralischen Staubs (insbesondere überwiegend bestehend aus amorphem Siliziumoxid, wie es beim Schmelzen von Silizium und/oder Ferrosilizium entsteht). Dabei werden die latent hydraulischen Eigenschaften puzzolanartiger Substanzen genutzt, wobei der freie Kalk im Zement durch die Kieselsäure der Puzzolane in Kalziumsilikate umgewandelt wird. Bei einem Portlandpuzzolanzement, bspw. Traßzement, ist der pH-Wert reduziert, was der Verbindung mit Wasserbauteilen und/oder dem Einsatz in Flora- oder Faunabereichen förderlich ist. Für andere Einsatzgebiete eignet sich auch reiner Portlandzement, bspw. CEM I 42,5 R.

Ein anderer Feinzuschlag ist Flugasche (Portlandflugaschezement). Dadurch kann die Stabilität bzw. Festigkeit weiter erhöht werden.

Das Größtkorn des Zement-Feinzuschlags sollte bei 2 mm oder darunter liegen, vorzugsweise bei weniger als 1 mm, damit hierdurch nicht die Fähigkeit des Zements zum Füllen von kleinen Hohlräumen beeinträchtigt wird.

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Gute Ergebnisse lassen sich andererseits erzielen, wenn mehr als 90 % des Zement-Feinzuschlags eine Korngröße von mehr als 0,125 mm aufweisen, insbesondere von mehr als 0,250 mm.

Ein hoher Alkaliwiderstand der zugefügten Glasfasern dient deren Schutz vor einer chemischen Zersetzung durch die Zementmasse.

Neben und/oder anstelle der Glasfasern können auch Mineralfasern, Kohlenstoffasern, organische Fasern, bspw. Pflanzenfasern wie Bambusfasern, &iacgr;&ogr; und/oder Metallfasern hinzugefügt sein oder werden.

Hinzugefügte Stahlfasern erhöhen einerseits die Biegezugfestigkeit und bilden andererseits Ausfärbungen von Eisenoxid in Form von Rostflecken mit der entsprechenden Antik-Patina.

Darüber hinaus lassen sich mit Vorteil auch Betonfarben verwenden wie bspw. Eisenoxid- und/oder Chromoxid-Pigmente, wobei die Farbintensität des damit pigmentierten Betons von der Pigmentierungshöhe, dem Wasserzementwert, der Zementeigenfarbe, der Härtungstemperatur und dem Einfluß der Schalung und Nachbehandlung abhängt, und wobei entstehende Ausblühungen erwünscht sind und nicht unterdrückt werden.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass die hydraulische Masse im ausgehärteten Zustand eine Dichte von weniger als 1,5 kg/dm³ aufweist, vorzugsweise von weniger als 1,35 kg/dm³, insbesondere von weniger als 1,25 kg/dm³. Ein daraus folgendes, vergleichsweise geringes Gewicht des fertigen Formkörpers ermöglicht die Verwendung an statisch ungünstigen Orten, bspw. in höheren Etagen eines Gebäudes od. dgl.

Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.

Beispiel 1:

1 m³ eines erfindungsgemäßen Frischmörtels hatte folgende Zusammensetzung:

Zement CEM I 42,5 R (Reindichte 3,10 kg/dm³) Microsilica als Zementzusatzstoff (2,13 kg/dm³) H₂O aus Microsilica-Suspension Zusätzliches H₂O
Summe Zuschlagstoffe

500 kg

50 kg

195 kg

487 kg

Frischbetongewicht

1.282 kg

Diesem Frischbeton kann nach Bedarf ein Verflüssiger beigemischt werden, bspw. vom Typ FM 375, vorzugsweise mit einer Reindichte von 1,08 kg/dm³, bspw. zu 1,3 M.-%. Außerdem können - spätestens in einem Spritzkopf Glasfasern und/oder andere Fasern hinzugegeben werden, bspw. mineralisierende Bambusfasern.

Das Größtkorn des Zements einschließlich des Zementzusatzstoffs liegt bei 1 mm.

Microsilica liegt in einer Suspension eines feinstkörnigen, weitgehend amorphen, mineralischen Staub, der beim Schmelzen von Silizium und Ferrosilizium entsteht. Der Hauptbestandteil ist SiO₂ (91 bis 97 M.-%), weitere Bestandteile sind AI₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, SO₃, K₂O, Na₂O, Cl", C sowie elementares Si. Der Feststoffgehalt liegt bei 50,8 ± 1,5 M.-%. Der Kornanteil < 0,001 mm liegt bei 70 ±

Die Zuschlagstoffe setzen sich wie folgt zusammen:

30 Quarzsand (Dichte 2,65 kg/dm³, Korngruppe 0,0-1,0 mm) Summe Leichtzuschlagstoff

223 kg 264 kg

Summe Zuschlagstoffe

487 kg

Als Leichtzuschlagstoff wird Blähglasgranulat folgender Zusammensetzung verwendet:

Blähglasgranulat Korngruppe 0,25-0,5 mm (0,64 kg/dm³)
5 Blähglasgranulat Korngruppe 0,5-1,0 mm (0,46 kg/dm³)

Summe Leichtzuschlagstoff

264 kg

Die Volumenanteile der Zuschlagstoff-Fraktionen sind die folgenden:

&iacgr;&ogr; Quarzsand

Blähglasgranulat 0,25-0,5 mm Blähglasgranulat 0,5-1,0 mm

15Vol.-% 45 Vol.-% 40 Vol.-%

Gesamt

100Vol.-%

15 Damit hat der Frischmörtel (vor Beifügen der Glasfasern) folgende Volumen-Zusammensetzung:

Zement

Microsilica als Zementzusatzstoff H₂O

Quarzsand

Blähglasgranulat 0,25-0,5 mm Blähglasgranulat 0,5-1,0 mm

Luftporen

16.1 Vol.-%

2.3 Vol.-% 24,5 Vol.-%

8.4 Vol.-%

25.2 Vol.-% 22,4 Vol.-% 1,1 Vol.-%

Gesamt

100,0Vol.-%

Beispiel 2:

30 Der Frischmörtel dieses Beispiels unterscheidet sich von dem aus Beispiel 1 nur dadurch, dass die Summe der Zuschlagstoffe 460 kg beträgt, und zwar gemäß folgender Zusammensetzung:

Quarzsand (Dichte 2,65 kg/dm³, Korngruppe 0,0-1,0 mm) 223 kg

Summe Leichtzuschlagstoff 237 kg

Summe Zuschlagstoffe 460 kg

Blähglasgranulat Korngruppe 0,25-0,5 mm (0,54 kg/dm³) 136 kg

Blähglasgranulat Korngruppe 0,5-1,0 mm (0,45 kg/dm³) 101 kg

&iacgr;&ogr; Summe Leichtzuschlagstoff 237 kg

In den Beispielen 1 und 2 wurden Blähglasgranulate unterschiedlicher Hersteller mit unterschiedlicher Dichte und in unterschiedlichen Mengen verwendet. Durch Mischung dieser Blähglasgranulate in einem variablen Verhältnis kann die Zusammensetzung, Menge und das Gewicht der Leichtzuschlagstoffe zwischen diesen Beispielen kontinuierlich verändert werden.

Claims

1. Hydraulisch erhärtende Masse für die Herstellung von Formkörpern für künstliche Felsformationen in Form von relativ dünnwandigen Oberflächennachbildungen bestimmter Gesteinsarten mittels einer Form, welche mit der hydraulisch erhärtenden Masse, der Fasern zugefügt werden, in der nötigen Stärke ausgefüllt wird, die nach dem Erhärten entformt und der Verwendungsstelle zugeführt werden kann, wobei die Hydraulisch erhärtende Masse ein zementgebundener Feinbeton ist mit einem Größtkorn der Zuschlagsstoffe unter 4 mm und mit einem hohen Feinteilgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschlagstoff-Gemisch neben Quarzsand einen Leicht-Zuschlagstoff enthält.

2. Trockenmischung für eine hydraulisch erhärtende Masse für die Herstellung von Formkörpern für künstliche Felsformationen in Form von relativ dünnwandigen Oberflächennachbildungen bestimmter Gesteinsarten mittels einer Form, welche mit der hydraulisch erhärtenden Masse, der Fasern zugefügt werden, in der nötigen Stärke ausgefüllt wird, die nach dem Erhärten entformt und der Verwendungsstelle zugeführt werden kann, wobei die Hydraulisch erhärtende Masse ein zementgebundener Feinbeton ist mit einem Größtkorn der Zuschlagsstoffe unter 4 mm und mit einem hohen Feinteilgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschlagstoff- Gemisch neben Quarzsand einen Leicht-Zuschlagstoff enthält.

3. Hydraulisch erhärtende Masse nach Anspruch 1 oder Trockenmischung dafür nach 2, gekennzeichnet durch einen Leicht-Zuschlagstoff des Zuschlagstoff-Gemischs der hydraulisch erhärtenden Masse, der überwiegend oder ausnahmslos eine anorganische Beschaffenheit aufweist, insbesondere eine mineralische und/oder keramische Beschaffenheit.

4. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Leicht-Zuschlagstoff des Zuschlagstoff-Gemischs der hydraulisch erhärtenden Masse in Form von Blähglasgranulat.

5. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschlagstoff-Gemisch wenigstens 30 Vol.-%, vorzugsweise mehr als 40 Vol.-%, insbesondere mehr als 50 Vol.-% eines Leicht-Zuschlagstoffs enthält.

6. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschlagstoff-Gemisch bis zu 95 Vol.-% eines Leicht-Zuschlagstoffs enthält.

7. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leicht- Zuschlagstoff eine Dichte von weniger als 1 kg/dm³ aufweist, vorzugsweise von weniger als 0,85 kg/dm³, insbesondere von weniger als 0,75 kg/dm³.

8. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leicht- Zuschlagstoff eine Korngröße von mehr als 0,1 mm aufweist, insbesondere von mehr als 0,2 mm, und/oder von weniger als 3 mm, vorzugsweise von weniger als 2 mm, insbesondere von weniger als 1,5 mm.

9. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Volumenanteile bezogene Schwerpunkt der Korngrößenverteilung des/der Leichtzuschlagstoffs(-e) zwischen 0,35 und 0,8 mm liegt, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,7 mm, insbesondere zwischen 0,45 und 0,6 mm.

10. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Traßzement ist, so dass der pH-Wert zwecks Verbindung mit Wasserbauteilen und/oder Einsatz in Flora- oder Faunabereichen reduziert ist.

11. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement einen Feinzuschlag aufweist, insbesondere in Form von Microsilica und/oder Flugasche.

12. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Größtkorn des Zement-Feinzuschlags, der bei 2 mm oder darunter liegt, vorzugsweise bei weniger als 1 mm.

13. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 90% des Zement- Feinzuschlags eine Korngröße von mehr als 0,125 mm aufweisen, insbesondere von mehr als 0,250 mm.

14. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zugefügte Glasfasern mit einem hohen Alkaliwiderstand.

15. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zugefügte Mineralfasern, Kohlenstoffasern, organische Fasern, bspw. pflanzliche Fasern wie Bambusfasern, und/oder Metallfasern.

16. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Stahlfasern zur Erhöhung der Biegezugfestigkeit und Ausfärbung von Eisenoxid in Form von Rostflecken mit der entsprechenden Antik-Patina.

17. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Betonfarben wie bspw. Eisenoxid- und/oder Chromoxid-Pigmente, wobei die Farbintensität des damit pigmentierten Betons von der Pigmentierungshöhe, dem Wasserzementwert, der Zementeigenfarbe, der Härtungstemperatur und dem Einfluß der Schalung und Nachbehandlung abhängt, und wobei entstehende Ausblühungen erwünscht sind und nicht unterdrückt werden.

18. Hydraulisch erhärtende Masse oder Trockenmischung dafür nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie im ausgehärteten Zustand eine Dichte von weniger als 1,5 kg/dm³ aufweist, vorzugsweise von weniger als 1,35 kg/dm³, insbesondere von weniger als 1,25 kg/dm³.