DE2238523A1 - Faserverstaerkte zementverbundstoffe - Google Patents

Faserverstaerkte zementverbundstoffe

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DE2238523A1
DE2238523A1 DE2238523A DE2238523A DE2238523A1 DE 2238523 A1 DE2238523 A1 DE 2238523A1 DE 2238523 A DE2238523 A DE 2238523A DE 2238523 A DE2238523 A DE 2238523A DE 2238523 A1 DE2238523 A1 DE 2238523A1
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft, glasfaserverstärkte, zementartige Erzeugnisse und eine Verbesserung oder Abwandlung der in der deutschen Patentanmeldung N 30 877 VIb/32b und der DT-OS 1 771 9Λ0 beschriebenen Erfindungen.
Jüngste Entwicklungen auf dem Gebiet der glasverstärkten Zementverbundstoffe haben zur Aufstellung von Kriterien für die Verträglichkeit von Glasfasern mit zementartigen Stoffen, wie Portlandzement und anderen Zementarten, in denen das Abbinden und Erhärten des Materials von einer Umsetzung zwischen kalkhaltigen und kieselsäurehaltigen Stoffen abhängt, geführt. Diese Kriterien, die auch die Alkalibeständigkeit umfassen, wurden in der deutschen Patentanmeldung N 30 877 VIb/32b und der DT-OS 1 771 940
derselben Anmelderin beschrieben.
- 1 309807/1248
Es wurde nun gemäss der vorliegenden Erfindung gefunden* dass sich unter den möglichen Zementarten und Glasfasern, aus denen zufriedenstellende Verbundstoffe hergestellt werden können, ein hervorragender Grad von Wasserbeständigkeit aus der Vereinigung von Puzzolanzementen mit Glasfasern ergibt, die von Zirkoniumoxid enthaltenden Gläsern abgeleitet sind.
Puzzolanzemente enthalten einen Anteil an "Pozzolana". Dieser Begriff ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung in dem Sinne zu verstehen, wie er von massgebenden Autoren, einschliesslich insbesondere E. H. Bogue "The Chemistry of Portland Cement" (Eheinhold Publishing Corporation 2nd Edition, 1955) und F. M. Lea "Hit- Chemistry of Cement and Concrete" (Edward Arnold, 5· Auflage, 1970)» verwendet wird. Der Ausdruck "Pozzolana" wird daher, obgleich er ursprünglich geprägt wurde, um ein natürliches Material vulkanischen Ursprungs zn bezeichnen, jetzt so verwendet, dass er künstliche wie auch natürliche Stoffe umfasst, die glasartige Silikatmaterialien sind, welche mit Calciumhydroxid zu reagieren und dadurch zu einem harten, festen Material abzubinden vermögen. Beispielsweise hat sich ein als "pulverisierte Brennstoffesehe" (fuel ash) bekanntes Material, ein Abfallprodukt, das Beseitigungsprobleme aufwirft, als ausgezeichneter Puzzolan für die Zwecke der vorliegenden Erfindung erwiesen. Die natüiliehen Puzzolane finden sich in in reichhaltigen Vorkommen in verschiedenen Ländern, beispielsweise Italien, während unter den künstlichen Puzzolanen gewisse Gläser, beispielsweise Soda/Kalk/ Kieselsäure-Gläser, erwähnt werden können.
Verbundstofferzeugnisse mit verbesserter Wasserbeständigkeit wurden erhalten, indem Portlandzement, der mindestens 10 Gew.% Puzzolan, beispielsweise etwa 15 bis etwa 50 Gew.% oder mehr, wünschenswerterweise mindestens 25 Gew.#
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und vorzugsweise 35 bis 4-5 Gewo%, beispielsweise 40 Gew.%, pulverisierte Brennstoffasehe oder ein anderes Puzzolan enthält, mit Fasern aus Gläsern, die mindestens 6,0 Mol% ZrO2J vorzugsweise mindestens 9 Möl% ZrOp, enthalten, einschliesslich Gläsern auf der Grundlage des Systems SiO2ZZrO2ZNa2O, beispielsweise den-in den-DTrOSs 1 771 92K) und 2 057 910 beschriebenen Gläsern, verstärkt wird.
Erfindungsgemäss Verbundstoffe können nach Methoden hergestellt werden, die in den oben erwähnten Beschreibungen, erläutert werden und als Röhren, Bretter, Platten und andere Gebilde gestaltet werden. Gewöhnlich können 0,5 bis 10 Gew.% Glasfasern verwendet werden. Ausgezeichnete Ergebnisse erhält man mit 4- bis 6 % Glas. Zusätzlich wurde gefunden, dass eine sehr wünschenswerte Erhöhung der Festigkeit der Verbundstoffe durch kontrollierte Hitzebehaadlung erhalten werden kann. Wegen der Notwendigkeit, einen geeigneten Festigkeitsgrad für die Handhabung des Verbundstoffmaterials in einem frühen Herstellungsstadium und, bevor noch die Zementfaserbindung gut fest ist, zu erzielen, ist dies ein besonders wichtiges Merkmal. Überdies beschleunigt die Hitzebehandlung .die Erzielung stabiler Eigenschaften und von Zugfestigkeit (ultimate strength). Im Falle von nach der Sprühsaugmethode hergestellten. Zementplatten bewirkt eine Erhitzungszeitspanne von einigen Tagen, beispielsweise von 2 oder 3 Tagen unter Wasser auf eine Temperatur· von mindestens 60° C, beispielsweise 60 bis 80° C, die man zu einer Zeit beginnen lässt, die nicht früher als· etwa 5 Stunden nach dem Giessen der Platte liegt, eine annehmbare Biegefestigkeit von beispielsweise 175»8 kgZcm (25OO psi). Wenn man mehr Zeit nach dem Giessen verstreichen lässt, .bevor man mit dem Hitzen beginnt, beispielsweise 1 Tag oder sogar bis zu 7 Tage, wird die Festigkeit der durch den Erhitzungszyklus erzeugten Grundmasse weiter erhöht. Noturlich können höhere Temperaturen, beispielsweise 80 bis 9f) 0, angewandt werden, wenn aber die Temperatur
-7J-
30' '· u1/ / 1 ?LV
12 526
sich 100° zu sehr nähert, ergibt sich ein unerwünscht hoher Angriff auf die Glasfaser.
Typische Ergebnisse, die mit mit Zirkoniumoxid glasverstärkten Grundmassen aus gewöhnlichem Portlandzement.(OPC) und gewöhnlichem Portlandzement, der pulverisierte Brennstoffasche (PFA), einen italienischen Puzzolanzement oder gemahlenes "A"-Glas (Soda/Kalk/Kieselsäure) enthielt, erhalten wurden, werden in den nachfolgenden Tabellen gezeigt.
'AV " ;■■ ι! V / 1 ? Λ Γ
Tabelle I gibt die Zusammensetzung des verwendetes Glases und die angewandten Mengen:
--Tabelle I
Kennzahl
der Platte		 Glaszu
sammensetzung*		 ■j
Grund
masse		 Glasgehalt,
Gew.%		 5,49 16,0;
1 A OPC 5,06 5,34
2 A OPC
+ 40 % PJ?A		 5,46 ' 5,09
3 B OPC 4,94 5,62
4 B OPC
+ 40 % PiTA		 5,17 5,21
LfN C OPC 4,91
6 C OPC
+ 40 % PiTA		 5,12
7 A OPC
+ 15 % PiTA		 4,60
8 A . OPC
+ 25 % PiTA		 5,03
9 A OPC
+ 40 % Pozzolana 5,17
10 A OPC
11 A OPC
+ 40 % PiTA
12 B OPC
13 B ' OPC
+ 40 % PiTA
14 A OPC
10 % "A"-Glas-
pulver
* Glas A (Gew .%): SiO2 71,0; Al2O, 1,0; ZrO2
Na0O 11.0; Li0O 1,0. ·
Glas B (Gew.%): SiO2 60,0; ZrO2 17,6; Na5O 16,4;
CaO 5,0; Al2O 0,6; TiO2 0,1; Fe3O5 O
MgO 0,1; K2O 0,1. Glas C (Gew.%): SiO2 61,4; ZrO2 18,5; Na2O 15,9; CaO 4,2.
- 5 309807/ 1 248
12 526
Die Tabelle II zeigt Bruchmodul- und Kerbzähigkeiszahlen, die nach den aufgeführten Zeitspannen der Lagerung unter Wasser bei 18° C erhalten wurden.
Tabelle II
Kennzahl 7 Tage T a 11,33 K e 2 Jahre 3 Jahr
der
Platte		 410
(5830
lbs./sq.
in.)		 28 Tage 13,2 1 Jahr 240 239
Bruchmo
dul o
(kg/cm^)		 1 230 441 11,08 252,2 350 342
2 249,5 280,2 22,85 321,5 186,3 -
3 163,1 269,2 18,75 209,3 - -
4 260 175 20,9 187,8 — -
5 163,8 268 20,0 175,9 - -
6 321,4 176 223,5 - -
7 194,5 320,3 228,8 - -
8 279 290,7 246 333,9 -
9 326 357,5 351 288 278,8
14 . _ 406 254,4 7,32 6,96
Kerb zähi g-
1 · j_		 1 22,65 10,35 14,1
6,78		 14,8
keit
(cm χ kg/
cm2)		 2 ,
3		 15,91
18,0 20,2
(101 inch
lbs./sq.in)		 19,8
6,78		 '- -
4 13,3 12,7 — -
5 14,63 7,32 - -
6 14,29 12,13 - -
7 22,3 13,03 - -
8 20,7 1^,3 11,6 _
9 15,35 12,1 8,21 10,0
14 — 8,75
30980 7/1248
Die !Tabelle III bringt die entsprechenden Ergebnisse nach einer Vas Serbehandlung bei 60° C.
— 7 3 fJ -■:· Π 7 / 1 7
Tab eile III
60 _>
Bruchaodul 5 '***> d^ '1^'0 Ύη^ Ί^^ Ί^^ ^»2 * 1Π,* - ^
r Kerbzähigkeit
Kennzahl 7 10 15 20 Tage - 4,46 • 30 - 35 40 50
der Platte 260 244 194,8 171,2 25 - 159,2 167,8 146,3 - 131,9
5 163,7 206 220,5 199,1 166,2 8,75 - - 178 176,7 171,1
6 521,5 289,2 212,8 - 204,8 4,46 178,1 123 103,9 -
7 295 249,5 235,2 207,7 - 5,89 158,4 135,1 129,2 -
8 314,5 332,5 230 200,3 188 172,2 130,8 - -
10 206,2 307,3 302,3 281,7 - 3,57 229,1 — 218,8
11 277,4 259,8 209,5 179,7 256 - 150,9 - 118,4
12 187,5 201,7 205,3 198,5 165,4 175,2 — 163,1
13 146,5 11,97 8,65 6,24 173,3 3,2 2,86 - 2,31
5 14,3 10,9, 11,4 8,48 4,28 -. 5,54 5,54 4,54
6 22,35 17,85 7,85 - 7.5Ο 7,32 2,68 1,37 -
7 20,7 15,7 11,15 8,32 3,21 2,14 2,16 —
8 19,92 15,0 4,82 24,1 5,00 1,55 - -
10 - 16,05 12,5 11,7 6,61 - 4,57
11 14,65 10,5 7,14 4,82 2,50 - 1,61
12 12,31 1·,00 9,45 5,89 6,43 _ 4,64
13
106,5
In der Tabelle IV werden die Ergebnisse verglichen, die mit G.20, einem typischen Zirkoniumoxidglas, und E-Glas> einem Borsilikatglas, erhalten wurden. Die Verbundstoffe wurden unter Wasser bei 18° C gelagert* .
T a b e 1 1 e IV xlas- T a Ke
Einzel
heiten des
Glases		 Grund-
masse
Bruchmodul
E-Glas OPC
E-Glas OPC
+ 40%
PFA
G. 20-Gl as OPC
+ 40%
PFA
Kerb Zähig
keit
E-Glas OPC
E-Glas OPC
+ 40%
PFA
G.20-Glas OPC
+ 40%
PFA
Gew.%
5,3 283,5 281,2 242,2 210,9 184,1 5,26 189,1 229,2 241 219,3 165,2 5,46 229,9 280,2 300 310,5 321
- 1.1,2 4,82 3,39 3,04-
- 13,0 13,55 5,71 2,32
- 15,9 15,5 15,95 19,8
In der Tabelle V wird die Wirkung der Hitzebehandlung angegeben, auf die oben Bezug genommen wurde. Die Verbundstoffe sind OPC + 40 % PFA, die 5 % Fasern des Glases A der Tabelle I enthalten und anfangs bei 18° C gehärtet wurden. Die Hitzebehandlung beim Eintauchen in 60° C warmes Wasser wird für eine Dauer von 1 oder .2 Tage angegeben, und in der letzten Spalte finden sich die Zahlen, die nach einer Lagerung bei 18° C in Wasser später nach der Hitzebehandlung erhalten wurden.
309807/1248
12 526 Tab Mt V 2238523
Anfangs
festigkeit		 eile 2 Tage
240,4
20,53		 1 Tag - 1 Jahr
Lagerung
Bruchmodul
Kerbzähigkeit		 240,4
20,53		 294,5
18,2		 317,8
18,7		 314,2
16,4
Bruchmodul
Kerbzähigkei t		 147,6 205,3
11,95		 298,6
16,95
Bruchmodul
Kerbzähigkeit		 - 230
56
Die vorliegende Erfindung führt zur Herstellung von faserverstärkten Zementerzeugnissen mit hervorragender Beständigkeit in Luft und unter nassen Bedingungen. Derartige Erzeugnisse können Bruchmodulwerte von mindestens 246 kg/cm*"
und Kerbzähigkeitswerte von mindestens 8,92 cm kg/cm aufweisen und behalten, wie sich zeigt, wünschenswerte Eigenschaften bei Umgebungstemperaturen bei. Auch beschleunigte Tests zeigen, dass die Eigenschaften gut beibehalten werden. Beispielsweise wird bei der Prüfung in Wasser bei 50° C während 28 Tagen gewöhnlich eine mindestens 80%ige und häufig eine mindestens 90%ige Beibehaltung der Festigkeit erzielt.
Eine besonders wertvolle Ausführungsform der Erfindung ist ein faserverstärktes Portlandzement-Erzeugnis, das 35 bis 45 Gew.% pulverisierte Brennstoffasche enthält und mit Fasern aus einem alkalibeständigen Glas, das mindestens 9 Mol% ZrOp enthält, verstärkt ist und nach der Anfangshärtung einen Bruchmodul aufweist, der mit der Zeit zunimmt.
- 10 -
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Claims (19)

Pat entansprüche
1. Faserverstärktes Puzzolanzement-Erzeugnis, in welchem die Zementgrundmasse mindestens 10 Gew.% eines Puzzolans enthält und die Fasern alkalibeständige, Zirkoniumoxid enthaltende Glasfasern sind.
2. Zementerzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Puzzolangehalt der Grundmasse mindestens 15 % beträgt.
3· Zementerzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Puzzolangehalt der Grundmasse mindestens 25 % beträgt.
4-. Zementerzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Puzzolangehalt der Grundmasse 35 bis 45 % beträgt.
5· Zementerzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Puzzolangehalt der Grundmasse mindestens 40 % beträgt. ■ "
6. Zementerzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 5) dadurch gekennzeichnet, dass das Puzzolan ein natürliches Puzzolan ist.
7· Zemeneterzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Puzzolan pulverisierte Brennstoffasche ist.
8. Zement erz eugni s nach einem der Ansprüche 1 bis 5 > dadurch gekennzeichnet, dass das Puzzolan ein Soda/ Kalk/Xieselsäure-Glas ist.
- 11 -
30' Vj / / τ ?Λ£:
9· Zementerzeugnis nach einem der Ansprüche 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas mindestens 6,0 Mol% ZrO2 enthält.
10. Zementerzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 9i da durch gekennzeichnet, dass das Glas ein Glas auf der Grundlage des Systems SiOVZrOVNa2O ist.
11. Zementerzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas mindestens 65 Gew.% SiO2 und mindestens 10 Gew.% ZrO2 enthält.
12. Zementerzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass es 0,5 bis 10 Gew.% Glasfasern enthält.
1$. Faserverstärktes Zementerzeugnis, dadurch gekennzeichnet, dass es praktisch so beschaffen ist, wie in der Tabelle I beschrieben,
14. Faserverstärktes Zementerzeugnis mit verbesserter Vasserbeständigkeit, in welchem die Zementgrundmasse ein Puzzolan-Portlandzement ist und die verstärkenden Fasern alkalibeständige Fasern aus einem Glas sind, das Zirkoniumoxid enthält, wobei das genannte Erzeugnis eine Bruchmodul- und Kerbzähigkeitsretention von mindestens 80 % und vorzugsweise von mindestens 90 % aufweist, wenn es vor und nach dem Eintauchen in Wasser bei 50° C für 28 Tage geprüft wird.
15· Faserverstärktes Portlandzement-Erzeugnis, enthaltend 35 his 45 Gew.% pulverisierte Brennstoff asche, das durch Fasern aus einem alkalibeständigen Glas verstärkt ist, das mindestens 9 Mol% ZrO2 enthält, und welches Erzeugnis nach dem anfänglichen Härten einen
- 12 -
30· Hi)V /1241·
Bruchmodul aufweist, der mit der Zeit zunimmt.
16. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Zementerzeugnisses, dadurch gekennzeichnet, dass man einer Zementgrundmasse, die Portlandzement enthält,, der mindestens 10 Gew.% und vorzugsweise mindestens 15 Gew.% eines Puzzolans enthält8 alkalibeständige, Zirkoniumoxid enthaltende Glasfasern einverleibt.
17· Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Zementerzeugnisses, dadurch gekennzeichnet, dass man einer Zementgrundmasse, die Portlandzement enthält, der ein Puzzolan enthält, alkalibeständige, Zirkoniumoxid enthaltende Glasfasern einverleibt und den Verbundstoff einer Härtungsbehandlung bei erhöhter Temperatur unterzieht.
18. Verfahren nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, dass man die Hitsehehandlung in Wasser bei einer Temperatur von mindestens 60° C ausführt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hitzebehandlung bei 60 bis 80° C während mindestens 2 Tagen ausführt.
- 13 30 9R07/12
DE2238523A 1971-08-05 1972-08-04 Faserverstaerkte zementverbundstoffe Withdrawn DE2238523A1 (de)

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