DE2622465C3 - Hydraulically hardening compounds reinforced with artificial mineral fibers such as glass fibers - Google Patents
Hydraulically hardening compounds reinforced with artificial mineral fibers such as glass fibersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft mit künstlichen Mineralfasern, wie z. B. Glasfasern verstärkte, hydraulisch erhärtende Massen, die in Faserverbundwerkstoffe mit geringer Schwind- und Reißneigung, großer Abriebfestigkeit, hoher Schlagzähigkeit, Zug- und Biegezugfestigkeit bei günstigem Langzeitverhalten überfuhrbar sind, v-, wobei die Matrix der Massen außer Bindemittel, Zusatzmittel und Wasser Zuschläge mit einem Korndurchmesser bis 4 mm enthält.The invention relates to artificial mineral fibers, such as. B. glass fiber reinforced, hydraulically hardening masses, which can be converted into fiber composite materials with low shrinkage and tear, high abrasion resistance, high impact strength, tensile and flexural strength with favorable long-term behavior, v-, the matrix of the masses except for binders, additives and water surcharges with a grain diameter of up to 4 mm.
Zuschläge, sind in diesem Zusammenhang Korngemische natürlichen oder künstlichen Ursprungs mit dichtem oder porösem Gefüge, die in der Regel inert sind, aber auch puzzolanische oder hydraulische Eigenschaften besitzen können.In this context, aggregates are grain mixtures of natural or artificial origin dense or porous structure, which are usually inert, but also pozzolanic or hydraulic May have properties.
In neuester Zeit gewinnen mit künstlichen Mineralfasern verstärkte, hydraulisch erhärtende Massen standig an Bedeutung, wobei die zahlreichen Vorteile der aus diesen Massen geschaffenen Faserverbundwerkstoffe als bekannt unterstellt werden dürfen.Recently, hydraulically hardening compounds reinforced with artificial mineral fibers have been gaining in popularity in importance, with the numerous advantages of the fiber composites created from these masses may be assumed to be known.
Die Matrix solcher Massen besteht bei Verwendung künstlicher Mineralfasern in der Regel aus Bindemittel t,o und Wasser. In Sonderfällen werden Zusatzmittel und zementfeine Zusatzstoffe wie z. B. Flugasche oder Gesteinsmehl bis zu 20Vol.-%, bezogen auf das Volumen der eingebauten Masse, zugegeben.If artificial mineral fibers are used, the matrix of such masses usually consists of binders t, o and water. In special cases, additives and additives fine as cement, such as B. fly ash or Rock powder up to 20% by volume, based on the volume of the built-in mass, is added.
Man ging bisher davon aus, daß es nicht möglich b5 und auch nicht empfehlenswert wäre, Zuschläge wie beispielsweise Sand oder Leichtsand in größeren Mengen zuzusetzen, da diese Zuschläge bei gleicher Konsistenz den Wasseranspruch und damit das Wasser/ Bindemittel-Verhältnis erhöhen. Dies wiederum hat eine beträchtliche Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, wie z.B. der Biegezugfestigkeit und Schlagzähigkeit zur Folge.Up to now it was assumed that it was not possible to b5 and it would also not be advisable to use larger aggregates such as sand or light sand To add quantities, since these surcharges with the same consistency the water requirement and thus the water / Increase binder ratio. This in turn has a significant mechanical deterioration Properties such as flexural strength and impact strength result.
Zuschläge in der Matrix erschweren außerdem das satte Einbetten der Fasern und erhöhen darüber hinaus die Gefahr der mechanischen Beschädigung der empfindlichen künstlichen Mineralfasern beim Herstellen des Faserverbundwerkstoffes.In addition, aggregates in the matrix make it more difficult to fully embed the fibers and increase it In addition, there is a risk of mechanical damage to the sensitive artificial mineral fibers Manufacture of the fiber composite material.
Andererseits führt eine zuschlagarme bzw. zuschlagfreie Matrix zu gewissen Nachteilen, die man bisher in Kauf nehmen mußte. Sie weist z.B. ein hohes Schwindmaß und eine Neigung zur Rissebildung auf. Die Abriebfestigkeit ist unbefriedigend. Die gewünschte hohe Duktilität des Faserverbundwerkstoffes bleibt über längere Zeiträume bei feuchter Lagerung nicht erhalten. Gleichzeitig können über längere Zeiträume die Zug- und Biegezugfestigkeit durch ein zu starkes Einwachsen der Fasern herabgesetzt werden.On the other hand, a matrix with little or no surcharge leads to certain disadvantages that have hitherto been found had to accept. It shows, for example, a high degree of shrinkage and a tendency to form cracks. The abrasion resistance is unsatisfactory. The desired high ductility of the fiber composite material does not persist over long periods of time if stored in a damp place. At the same time can be used for longer periods of time the tensile and flexural strength can be reduced by excessive growth of the fibers.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, trotz der gegebenen Schwierigkeiten Zuschläge wie z.B. Sand oder Leichtsand, gegebenenfalls zusammen mit Luftporen in größerer Menge in die Matrix einzubauen, um die an sich auf diesem Wege erreichbaren bekannten Verbesserungen der technischen Eigenschaften, wie beispielsweise eine bedeutende Verringerung des Schwindens und Quellens und damit eine Reduzierung der Reißneigung der hydratisierten Raumformkörper voll auszunutzen.The present invention is based on the task of adding surcharges despite the difficulties involved such as sand or light sand, possibly together with air pores in larger quantities to be built into the matrix in order to achieve the known improvements of the technical properties, such as a significant reduction in shrinkage and swelling and thus to fully utilize a reduction in the tendency of the hydrated three-dimensional shaped bodies to tear.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die mit künstlichen Mineralfasern wie z. B. Glasfasern verstärkten, hydraulisch erhärtenden Massen der eingangs genannten Gattung dadurch gekennzeichnet sind, daß Zuschläge in einer Menge von oberhalb 20Vol.-%, bezogen auf das Volumen der fertig eingebauten Masse, zugegen sind, daß der durch den Zuschlag erhöhte Wasseranspruch der Matrix durch einen Gehalt an Verflüssigern und/oder Fließmitteln kompensiert ist und daß die durch die Zuschläge erreichte stellenweise unterbundene Haftung zwischen Fasern und Matrix durch eine Bündelung der Fasern unterstützt ist.The solution to this problem is according to the invention that the with artificial mineral fibers such. B. Glass fiber reinforced, hydraulically hardening compositions of the type mentioned at the outset are that additives in an amount of above 20Vol .-%, based on the volume of the built-in mass, are present that the increased water requirement of the supplement Matrix is compensated by a content of liquefiers and / or superplasticizers and that the through the Surcharges achieved in places prevented adhesion between fibers and matrix through bundling the fibers are supported.
Hierdurch wird ein sattes Einbetten der künstlichen Mineralfasern ermöglicht, ohne die gegen mechanische Beanspruchung empfindlichen Fasern zu beschädigen.This enables a full embedding of the artificial mineral fibers without compromising mechanical ones Use to damage sensitive fibers.
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform vorliegender Erfindung sind die erfindungsgemäßen Massen dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschläge und/oder die Luftporen in einer Menge von oberhalb 30 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der fertig eingebauten Masse, vorhanden sind.According to a preferred embodiment of the present invention, the compositions according to the invention are characterized in that the aggregates and / or the air pores in an amount of above 30% by volume, based on the volume of the fully installed mass.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausfiihrungsform sind die erfindungsgemäßen Massen dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Quellzement vorhanden ist, wodurch die Reißneigung der durch Zuschläge bereits abgemagerten und damit weniger schwindenden Matrix weiter vermindert wird.According to a further preferred embodiment, the compositions according to the invention are characterized in that that there is swelling cement as a binding agent, which reduces the tendency to tear caused by aggregates already emaciated and thus less dwindling matrix is further reduced.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausfiihrungsform wird die angestrebte hohe Duktilität über längere Zeiträume noch dadurch verbessert, daß die Fasern auf Teilbereichen schwer wasserlösliche und/oder wasserunlösliche Überzüge aufweisen, wobei der Überzug gleichzeitig die mechanische Widerstandsfähigkeit der Fasern erhöht. Diese Überzüge verhindern, daß die Hydratationsprodukte des Zementsteins überall auf dem Glas aufwachsen. Dadurch bleibt die hohe Düktiütät der Formkörper weitgehend erhalten.According to a further preferred embodiment, the desired high ductility is achieved over a longer period of time Periods of time are further improved by the fact that the fibers are sparingly water-soluble and / or in some areas have water-insoluble coatings, the coating at the same time having the mechanical resistance of fibers increased. These coatings prevent the products of hydration of the cement paste from getting anywhere grow up on the glass. As a result, the high density of the moldings is largely retained.
Bei Mischungen mit höherem Anteil an Zuschlägen entstehen relativ weniger Hydratationsprodukte als bei den bekannten für diesen Zweck verwendeten Mörteln. Dies wirkt sich ebenfalls günstig auf das Verhalten der Formkörper aus.Mixtures with a higher proportion of additives produce relatively fewer hydration products than in the known mortars used for this purpose. This also has a beneficial effect on the Behavior of the molded body.
Die Matrix der erfindungsgemäßen Massen mit Zement als Bindemittel zeichnet sich durch eine niedrige Alkalität aus. Bei Verwendung nicht alkalibeständiger künstlicher Mineralfasern wirkt sich' diese auf den zeitlichen Verlauf des chemischen Angriffs günstig aus.The matrix of the compositions according to the invention with cement as a binder is characterized by a low matrix Alkalinity off. The use of artificial mineral fibers that are not alkali-resistant will affect the the course of the chemical attack over time.
Zum Stand der Technik ist ferner noch die DE-OS 23 14352 zu nennen, die sich auf eine verstärte Mischung bezieht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine vergießbare Matrixmasse aus der Gruppe einer vergießbaren Betonmatrixmasse und einer vergießbaren einfachen Mörtelmatrixmasse enthält, wobei die vergießbare Betonmatrixmasse und die vergießbare einfache Mörtelmatrixmasse hydraulischen Zement, Wasser, eine Vielzahl von diskontinuierlichen Verstärkungsfaden, ein Material vom Puzzolan-Typ, :>o sowie einen Zuschlagstoff enthält; sämtliche Inhaltsstoffe liegen innerhalb gewisser Bereichsgrenzen. To the prior art, DE-OS 23 14352 should also be mentioned, which refers to a reinforced mixture which is characterized in that it comprises a castable matrix compound from the group a pourable concrete matrix mass and a pourable simple mortar matrix mass, wherein the pourable concrete matrix mass and the pourable simple mortar matrix mass hydraulic cement, Water, a variety of discontinuous reinforcing thread, a pozzolan-type material,:> o and contains an aggregate; all ingredients are within certain range limits.
Die vorliegender Erfindung zugrunde liegende Aufgabe hat mit dem Wesen der verstärkten Mischung gemäß DE-OS 23 14352 keine Berührungspunkte, zu- ;:s mal bei diesem bekannten Stand der Technik mechanisch empfindliche Fasern wie beispielsweise Glasfasern mit mechanisch unempfindlichen Fasern wie beispielsweise Stahlfasern als analog nebeneinandergestellt sind.The object of the present invention has to do with the nature of the reinforced mixture according to DE-OS 23 14352 no points of contact, to-;: s times with this known prior art mechanically sensitive fibers such as glass fibers with mechanically insensitive fibers such as steel fibers as an analog juxtaposition are.
Das Wesen vorliegender Erfindung wird nun anhand von zwei Ausfiihrungsbeispielen, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, weiterhin erläutert.The essence of the present invention will now be based on two exemplary embodiments, the preferred embodiments represent, further explained.
Im Faserspritzverfahren wurden Probekörper 6X30mm von lern Dicke aus Glaofaserbeton mit einem Fasergehalt von 5Vol.-% unter Verwendung eines Portlandzementes 550 und einer alkaliwiderstandsfähigen Glasfaser mit unterschiedlichem Zuschlaggehalt hergestellt. Der Zuschlag hatte ein Größtkorn von 2 mm. Alle Mischungen wurden durch Zugabe eines Fließmittels - einem sulfoniertem PoIykondensat - in etwa auf die gleiche Konsistenz ge- v-> bracht. Die Probekorper wurden 7 Tage feucht und anschließend im Klimaraum bei 200C und 50% rel. Luftfeuchtigkeit gelagert. Die Zusammensetzung der Probekorper und die im Zeitraum zwischen 7 und 180 Tagen gemessene Schwindung sind in der folgenden Tafel 1 angegeben.In the fiber spraying method, test specimens 6x30mm of learth thickness were produced from glass fiber concrete with a fiber content of 5% by volume using a Portland cement 550 and an alkali-resistant glass fiber with different aggregate content. The aggregate had a maximum grain of 2 mm. All mixtures were prepared by adding a flux - a sulfonated PoIykondensat - at about the same consistency overall v> introduced. The Probekorper moistened 7 days, and then rel in a climatic chamber at 20 0 C and 50%. Humidity stored. The composition of the test specimens and the shrinkage measured between 7 and 180 days are given in Table 1 below.
Tafel 1: Zusammensetzung und Schwinden der Probekörper aus Glasfaserbeton mit 5 Vol.-% Glasfasern Table 1: Composition and shrinkage of the test specimens Made of glass fiber reinforced concrete with 5% by volume glass fibers
Mischung mixture
Nr.No.
Mischungsverhält- Fließ-Mixing ratio- flow-
nis in Gewichts- mittelnis in weight average
teilenshare
Zement: Zuschlag:Cement: surcharge:
Wasser Gew.-%')Water% by weight ')
Zuschlag- Schwingehalt denAggregate vibration content the
VoL-%2) mm/m Das Schwinden der Mischungen Nr. 3 und 4 mit über 20Vol.-% Zuschlagen ist deutlich geringer als die der Mischung Nr. 1.Vol-% 2 ) mm / m The shrinkage of mixes No. 3 and 4 with more than 20% by volume of aggregates is significantly lower than that of mix No. 1.
Von den Mischungen Nr. 1 und 3 wurden nach 28 Tagen, 1 und 2 Jahren, bei ständiger Wasserlagerung die Biegezugfestigkeiten und Biegeschlagzähigkeiten an jeweils 10 Probekörpern gleicher Art ermittelt Die Mittelwerte sind in Tafel 2 zusammengestellt.Mixtures No. 1 and 3 became after 28 days, 1 and 2 years, with constant water storage the flexural strengths and flexural impact strengths are determined on 10 test specimens of the same type Average values are compiled in Table 2.
,ο Tafel 2: Biegezugfestigkeit und Biegeschlagzähigkeit von Glasfaserbeton mit 5Vol.-% Glasfasern, ο Table 2: Flexural tensile strength and flexural impact strength of glass fiber concrete with 5% by volume glass fibers
Eigenschaftcharacteristic
Mischung Nr. 1 3Mixture No. 1 3
Biegezugfestigkeit in kp/cm1 Flexural strength in kp / cm 1
28 Tage 385 36028 days 385 360
1 Jahr 260 3351 year 260 335
2 Jahre 235 310 Biegeschlagzähigkeit in cm2 years 235 310 Bending impact strength in cm
kp/cm2 kp / cm 2
28 Tage 23 2128 days 23 21
1 Jahr 13 191 year 13 19
2 Jahre 8 162 years 8 16
Die erfindungsgemäße Mischung Nr. 3 ist der bisherigen gebräuchlichen Mischung Nr. 1 nicht nur im Schwinden, sondern auch in den Festigkeitseigenschaften und der Duktilität über längere Zeiträume bei feuchter Lagerung deutlich überlegen.Mixture No. 3 according to the invention is the previous one Common mixture No. 1 not only in terms of shrinkage, but also in terms of strength properties and the ductility over long periods of time when stored in a moist environment is clearly superior.
In einem Zwangsmischer wurden gießfähige Mischungen aus Portlandzement 550 mit und ohne Sand als Zuschlag unter Einsatz von 3 Vol.-% 25 mm langer alkaliwiderstandsfähiger Glasfaserschnitzel hergestellt und anschließend zu Probekörpern 6 X 30 cm von 1 cm Dicke weiter verarbeitet. Der Sand hatte ein Größtkom von 3 mm. Die Konsistenz der Mischungen wurde durch Zugabe eines Fließmittels einem sulfoniertem Polykondensat - in etwa auf die gleiche Konsistenz gebracht.In a compulsory mixer, pourable mixtures of Portland cement 550 with and without Sand produced as an aggregate using 3% by volume of 25 mm long alkali-resistant glass fiber chips and then further processed to test specimens 6 X 30 cm with a thickness of 1 cm. The sand had a maximum grain of 3 mm. The consistency of the mixtures was increased by adding a superplasticizer sulfonated polycondensate - brought to roughly the same consistency.
Die Probekorper wurden 7 Tage feucht und anschließend im Klimaraum bei 50% rel. Luftfeuchtigkeit gelagert. Die Zusammensetzung der Probekorper und die zwischen 7 und 180 Tagen gemessene Schwindung sind in der folgenden Tafel 3 eingetragen.The test specimens were moist for 7 days and then in the climatic room at 50% rel. Humidity stored. The composition of the test specimen and the shrinkage measured between 7 and 180 days are entered in Table 3 below.
Tafel 3: Zusammensetzung und Schwinden von Glasfaserbeton mit 3 VoI.-% GlasfaserschnitzelTable 3: Composition and shrinkage of glass fiber concrete with 3% by volume of glass fiber chips
Mi- Mischungsverhältschung nis in Gew.-TeilenMixing ratio in parts by weight
Zem. : Zuschl. :
Nr. Wass.Zem. : Surcharge :
No. Wass.
Fließmittel Superplasticizer
Zuschlag- Schwingehalt denAggregate vibration content the
Gew.-%') Vol.-%2) mm/m% By weight ')% by volume 2 ) mm / m
0,5
1,0
3,00.5
1.0
3.0
0,4 0,4 0,4 0,40.4 0.4 0.4 0.4
0 20 2
3,2 43.2 4th
0
20
34
600
20th
34
60
3,2
2,1
1,4
1,03.2
2.1
1.4
1.0
0,50.5
0,4 0,4 0,40.4 0.4 0.4
2,92.9
0 19 320 19 32
3,3 2,3 1,23.3 2.3 1.2
) Bezogen auf Zement.
2) Bezogen auf den Probekörper.) Based on cement.
2 ) Based on the test specimen.
') Bezogen auf Zement.') Relating to cement.
2) Bezogen auf den Probekorper. 2 ) Based on the test specimen.
Die erfindungsgemäße Mischung Nr. 3 ist den beiden Mischungen mit niedrigeren Zuschlaggehalten im Hinblick auf das Schwinden deutlich üherlegen.Mixture No. 3 according to the invention is the two mixtures with lower aggregate contents Considering the shrinkage clearly lay out.
Von den Mischungen Nr. 1 und 3 wurden nach 28 Tagen, 1 und 2 Jahren bei ständiger Wasserlagerung die Biegezugfestigkeiten und Schlagzähigkeiten an jeweils 10 Probekörpern gleicher Art ermittelt Die Mittelwerte sind in der Tafel 4 eingetragen.Mixtures nos. 1 and 3 became after 28 days, 1 and 2 years with constant water storage the flexural strengths and impact strengths were determined on 10 test specimens of the same type Average values are shown in Table 4.
Tafel 4: Biegezugfestigkeit und Biegeschlagzähigkeit von Glasfaserbeton mit 3 Vol.-% Gltsfaserschnitzel Table 4: Flexural tensile strength and impact strength of glass fiber concrete with 3% by volume of glass fiber chips
Eigenschaftcharacteristic
Mischung Nr. 1 3Mixture No. 1 3
Von den Mischungen Nr. 1 und Nr. 3 wurde die Matrix ohne Fasern zusätzlich auf Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen Wasserlagerung und einer gemischten Lagerung, 7 Tage Wasser und 21 Tage Luft mit 50% rel. Luftfeuchtigkeit, geprüft. Das Ergebnis enthält Tafel 5.The matrix without fibers of the mixtures No. 1 and No. 3 was additionally tested for flexural strength after 28 days of water storage and mixed storage, 7 days of water and 21 days of air with 50% rel. Humidity, checked. The result contains Plate 5.
Biegezugfestigkeit kp/cm2 Flexural strength kp / cm 2
28 Tage 180 16028 days 180 160
1 Jahr 135 1401 year 135 140
2 Jahre 115 1452 years 115 145
Biegeschlagzähigkeit in cm
kp/cm2 Bending impact strength in cm
kp / cm 2
28 Tage 15 1628 days 15 16
1 Jahr 10 121 year 10 12
2 Jahre 6 102 years 6 10
Die erfindungsgemäße Mischung Nr. 3 ist der bisherMixture No. 3 according to the invention is the one so far
ausgeführten Mischung Nr. 1 auch im Hinblick auf Festigkeit und Duktilität über längere Zeiträume bei feuchter Lagerung überlegen.executed mixture no. 1 also with regard to strength and ductility over longer periods of time superior to moist storage.
Tafel 5: Biegezugfestigkeit der Matrix von Mischung Nr. 1 und 3 bei verschiedener LagerungTable 5: Flexural tensile strength of the matrix of mixture no. 1 and 3 with different storage
Matrix der Mischung Nr.Matrix of mix no.
1 31 3
Biegezugfestigkeit
kp/cm2 Flexural strength
kp / cm 2
Wasser
Wasser/Luftwater
Water / air
70-100 60-90 20-40 40-8070-100 60-90 20-40 40-80
Die Biegezugfestigkeit der Matrix der erfindungsgemäßen Mischung Nr. 3 wird beim Austrocknen durch Schwindeigenspannungen wesentlich weniger herabgesetzt als die Biegezugfestigkeit der Matrix der Mischung Nr. 1.The flexural tensile strength of the matrix of mixture according to the invention no. 3 increases when it dries out significantly less than the flexural strength of the matrix due to shrinkage stresses Mixture No. 1.
Die erfindungsgemäße Mischung Nr. 3 ist weniger rißanfällig und deswegen der bisherigen Ausrührungsform erheblich überlegen.Mixture no. 3 according to the invention is less prone to cracking and is therefore of the previous embodiment considerably superior.
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