AT402292B - Hochfestes, faserhaltiges verbundmaterial und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterials mit einer Bindemittelmatrix sowie ein hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial.

Zur Herstellung von faserhaltigen Verbundmaterialien ist es beispielsweise aus dem Artikel "Faserbeton und Faserspritzbeton" von Roland Travnicek, "Zement und Beton", Heft 1, 1986, bekannt, Bauelemente aus 5 Polymerfaserbeton herzustellen, indem Polymerstapelfasern während des Mischens des Betons mit Wasser diesem beigegeben werden. Das Einmischen der Fasern kann hiebei entweder in einer Mischanlage oder durch Einblasen der Fasern in einem Fahrmischer erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung im Trocken- oder Naßspritzverfahren als Spritzbeton, wobei Stapelfasern direkt an der Spritzdüse zugeführt werden. 70 Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß in der Praxis keine gleichmäßige Verteilung der Fasern im Baustoff erzielt werden kann, weil sich beim Einmischen in der Mischanlage oder im Fahrmischer Stapelfaser-Nester bilden bzw. beim Verspritzen der Fasern mit dem Baustoff die leichteren Fasern abprallen. Ferner können nur verhältnismäßig dicke Fasern mit einem Titer von über 250 dtex verarbeitet werden, weil dünnere Fasern zu vermehrter Nesterbildung neigen bzw. noch stärker abprallen. Die 75 Verarbeitung von dünneren Fasern wäre aber von Vorteil, weil sich mit ihnen bei gleichem Volumsanteil eine höhere Biegezugfestigkeit erzielen ließe.

Die Eigenschaften der verarbeiteten Fasen müssen prinzipiell hinter ihrer Mischbarkeit mit dem Baustoff zurücktreten. Die Auswahl an verarbeitbaren Polymerfasern beschränkt sich daher meistens auf Polyolefine oder Polyamide. Weiters kommen alkaliresistente Glasfasern zur Anwendung. 20 Diese Nachteile haben bisher verhindert, daß zementgebundene Bauelemente mit Polymerfaserbeimischungen breiten Einsatz finden. Im praktischen Einsatz stehen nur Glasfaserspritzbeton oder Stahlfaserbeton.

Weiters ist es beispielsweise aus der DE-PS 27 28 251 bekanntgeworden, eine Faserbewehrungsmatte aus mehreren dünnen Faservliesschichten, welche jeweils durch Fibrillieren von weniger als 1 mm starken 25 Polypropylenfilmen hergestellt werden, in Beton zu verwenden. Auch sind bereits in der AT-PS 159 902 Bewehrungselemente vorgeschlagen, welche aus einem gitterartigen Fadengelege, beispielsweise aus Glasfasern, Maschendraht, Baustahlgitter und dgl., bestehen, welche Gelegestrukturen mit einem Haftkieber überzogen werden, an welchem in der Folge eingebrachte Stapelfasern haften, so daß eine dünne, mit Kunststoff überzogene Glasfaser- bzw. Stahlbewehrungsmatte für ein Bauelement erzielt werden kann. Allen 30 diesen Elementen ist jedoch gemeinsam, daß, lediglich extrem dünne, faserhaltige Schichten in den Verbundplatten bzw. -materialien hergestellt werden können und daß derartige Verbundmaterialien nur sehr begrenzte Biegezugfestigkeiten aufweisen.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterials zur Verfügung zu stellen, mit welchem verschiedenartigste 35 Verbundmaterialien mit extrem hoher Biegezugfestigkeit in nahezu beliebiger Dicke hergestellt werden können. Weiters zielt die Erfindung darauf ab, eine vollkommen gleichmäßige Verteilung der Fasern in dem Verbundmaterial zur Verfügung zu stellen, wobei weiters die Art und Zusammensetzung der Polymerfasern beliebig wählbar sein soll und insbesondere der Einsatz von extrem dünnen, organischen, polymeren Fasermaterialien ermöglicht werden soll. 40 Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterials mit einer Bindemittelmatix im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen, polymeren Fasermaterial mit einem geringen Überdruck mit einer ein mineralisch gebundenes Stoffsystem, Wasser und einen Verflüssiger enthaltenden Suspension getränkt 45 wird und die Bindemittelmatrix in dem organischen polymeren Fasermaterial ausgehärtet wird. Dadurch, daß eine Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen, polymeren Fasermaterial verwendet wird, ist es möglich, Matten beliebiger Dicke und mit einem beliebigen Verwirrungsgrad und entsprechend den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Verbundmaterials gewählter Dichte und Zusammensetzung der Kunststoffaso sern in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwenden und somit durch Verwendung von Matten aus dem organischen, polymeren Fasermaterial eine gleichmäßige Verteilung der Fasern über das gesamte Verbundmaterial sicherzustellen. Dadurch, daß weiters dieses Fasermaterial lediglich über einen geringen Überdruck mit einer ein mineralisch gebundenes Stoffsystem, Wasser und einen Verflüssiger enthaltenden Suspension getränkt wird, ist es für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich, 55 eine spezifisch adaptierte Vorrichtung einzusetzen, sondern es genügt, die Bindemittelmatrix unter einem geringen Überdruck auf die Grundstruktur aus einem organischen, polymeren Fasermaterial aufzubringen, wodurch eine Störung bzw. Zerstörung der Faserstruktur vermieden wird. 2

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Besonders bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren als organisches polymeres Fasermaterial Matten aus texturierten Fasern mit mindestens 0,25 bis 3 Bogen/cm und einem Titer von 60 bis 250 dtex eingesetzt. Durch den Einsatz von extrem dünnen, texturierten Fasern mit einem Titer von 60 bis 250 dtex wird es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Verbundmaterialien mit extrem erhöhter Biegezugfestigkeit zu erhalten. Gleichzeitig ist jedoch die Faserdicke mit 60 bis 250 dtex so gewählt, daß es in dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres möglich ist, die Fasern über das gesamte Volumen der Matte mit der Bindemittelmatrix vollständig zu benetzen, so daß die Ausbildung von Hohlräumen bzw. Entmischungsstellen an den Fasergrenzflächen mit Sicherheit vermieden wird.

In vorteilhafter Weise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial Fasermatten mit einem Gewicht von 0,5 bis 5 kg/m2 eingesetzt. Durch Einsatz derartiger Fasermatten wird eine vollständige Durchdringung der Fasermatten mit der Bindemittelmatrix sichergestellt, da bei einem derartig niedrigen Flächengewicht ausreichend große Hohlräume zwischen den einzelnen Fasern bzw. Maschen bestehen, um ein vollständiges Ausgießen der Fasermatte mit der Bindemittelmatrix sicherzustellen, wobei darüberhinaus ein entsprechend hoher Volumsanteil der Fasern in dem herzustellenden Verbundmaterial erzielbar ist.

Um die Zugfestigkeiten eines hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterials noch weiter zu erhöhen, werden mit Vorzug als Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial geschichtete Fasermatten aus unterschiedlich ausgerichteten Fasern eingesetzt. Insbesondere werden hiebei die Fasern in der Matte so ausgerichtet, daß an der Außenfläche in Richtung der auf das Verbundmaterial wirkenden Zugspannung ausgerichtete Fasern und im Inneren der Matte normal darauf ausgerichtete Fasern eingesetzt werden. Dadurch, daß an der Außenfläche in Richtung zur wirkenden Zugspannung gerichtete Fasern in dem Verbundmaterial angeordnet sind, wird sichergestellt, daß auch hohe, auf das Verbundmaterial wirkende Zugspannungen mit Sicherheit von der Faserarmierung aufgenommen werden können, und das Material insgesamt dadurch extrem hohe Biegezugfestigkeiten aufweist und hohen Zugspannungen standhalten kann. Durch Anordnung der gerichteten Fasern in der Matte normal auf die an der Außenfläche angreifende Zugspannung wird sichergestellt, daß das Material in sämtliche Richtungen erhöhte Zugfestigkeiten aufweist, so daß ein Brechen des Materials auch bei einr erhöhten Belastung in einer Richtung vermieden wird.

Bevorzugt können in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung als Matten Compoundmaterialien aus wenigstens zwei Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial eingesetzt werden. Insbesondere werden hiebei als Compoundmaterialien Matten aus verschiedenen organischen polymeren Fasermaterialien eingesetzt. Dadurch, daß in dem Verfahren Verbundmaterialien aus wenigstens zwei verschiedenen, beispielsweise miteinander vernadelten, organischen, polymeren Fasermaterialien eingesetzt werden, ist es möglich, mehrschichtige Verbundmaterialien in einem Haftverbund mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften der beiden faserverstärkten Schichten in einem Arbeitsgang herzustellen.

In gleicher Weise können bevorzugt in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Compoundmaterialien Matten mit unterschiedlicher Dichte des organischen, polymeren Fasermaterials eingesetzt werden. Dadurch wird es beispielsweise möglich, in einem Arbeitsgang ein Verbundmaterial herzustellen, dessen eine Schicht mit beispielsweise weniger stark verwirrten Polymerfasern mit der Bindemittelmatrix getränkt ist, wobei eine zweite Schicht aus organischem, polymeren Fasermaterial, welche eine deutlich stärkere Verwirrung der Fasern und somit eine kleinere Maschenweite aufweist, von dem Bindemittel nicht oder nur teilweise durchdrungen werden kann und somit ein sogenannter Haftverbund erzielt werden kann, welcher beispielsweise eine äußere Oberfläche aus einem hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterial und eine andere Oberfläche aus einem faserhaltigen Kunststoffmaterial aufweist.

Zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der organischen, polymeren Fasermaterialien ist es erfindungsgemäß möglich, das Verfahren bevorzugt so zu führen, daß die organischen polymeren Fasermaterialien vor dem Verarbeiten in Matten, insbesondere mit keramischen Fasern, ummantelt oder beschichtet werden bzw. daß dem organischen polymeren Fasermaterial vor dem Herstellen der Matte Mineralwolle, Steinwolle, Keramikfasern, Glasfasern, Kohlefasern und/oder Stahlfasern beigemischt wird. Dadurch, daß vor dem Herstellen der Matte die organischen, polymeren Fasermaterialien mit keramischen Fasern ummantelt oder beschichtet werden, ist es möglich, die Dehnung des organischen, polymeren Fasermaterials deutlich herabzusetzen, wodurch die Biegezugfestigkeit des nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Materials noch weiter verbessert werden kann. In gleicher Weise ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dem organischen, polymeren Fasermaterial vor oder nach dem Herstellen der Fasermatte weitere organische bzw. anorganische Materialien zuzusetzen, um eine weitere Verbesserung der Verfüllbarkeit der Fasermatte mit der Bindemittelmatrix zu erzielen. Eine weitere Verbesserung der Durchmischung und Benetzung der Bindemittelmatrix mit der Fasermaterialmatte kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß die Polymerfasern vor ihrer Verarbeitung in die Fasermatte quetschbehandelt 3

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In besonders bevorzugter Weise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren als organisches polymeres Fasermaterial ein hydrophiles, polymerisiertes C2- bis C5-Alkylen, insbesondere ein Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, oder ein mit Arylgruppen, insbesondere Phenylgruppen, substituiertes, hydrophiles Polyolefin eingesetzt. Organische, polymere Fasermaterialien, insbesondere Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, sind extrem günstige Fasermaterialien, die darüberhinaus leicht in Form von Matten durch gängige Verfahren, wie dem Vernadeln auf einem Nadelbrett, auf welchem sich Widerhaken befinden, dem Verschmelzen durch Durchziehen von geheizten Nadeln beim sogenannten Thermobonden von bereits verwirrten Fasern sowie dem Verbinden der Fasern durch Erhitzen einer aufgebrachten Schmelzschicht, hergestellt werden können. Hiebei werden die in dem erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden, organischen, polymeren Fasermaterialien je nach den gewünschten Endeigenschaften des faserhaltigen Verbundmaterials auszuwählen und die erfindungsgemäßen Verfahrensparameter, wie den Druck des Vergießens, in Abhängigkeit von dem eingesetzten polymeren Material gewählt.

Besonders einfach und sicher läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, wenn das organische polymere Fasermaterial als Matte mit einer Stärke von 0,5 bis 5 cm Stärke eingesetzt wird. Bei Einsatz von Fasermatten mit einer Stärke von 0,5 bis 5 cm kann eine vollständige Durchdringung der Fasermatte mit der Bindemittelmatrix sichergestellt werden, wobei in Abhängigkeit von dem Verwirrungsgrad der Fasern die Bindemittelmatrix erfindungsgemäß bevorzugt unter einem Überdruck von 0,03 bis 2 bar mit der Suspension getränkt wird. Je stärker der Verwirrungsgrad der verwendeten Fasermatte und je dicker die Fasermatte ist, desto höher wird üblicherweise der Überdruck gewählt, mit welchem die Suspension in die Fasermatte eingepreßt wird. In gleicher Weise wird auch der Druck, unter welchem die Suspension eingebracht wird, erhöht, wenn extrem dünne Polymerfasern mit einem Titer unter 100 dtex eingesetzt werden, um auf diese Weise ein vollständiges Ausgießen der Fasermatten sicherzustellen.

In bevorzugter Weise wird als Suspension zum Tränken des Fasermaterials eine Mischung enthaltend 55 bis 70 Gew.-Teile CaO, 20 bis 35 Gew.-Teile S1O2, 2 bis 4 Gew.-Teile AI2O3, 0,5 bis 3 Gew.-Teile MgO, etwa 0,5 Gew.-Teile Fe203, etwa 2 Gew.-Teile SO3, 3 bis 7 Gew.-Teile unlösliche Bestandteile, 0,5 bis 2 Gew.-Teile eines Verflüssigers sowie Wasser in das organische, polymere Fasermaterial eingebracht, wobei das Verfahren darüberhinaus erfindungsgemäß bevorzugt so durchgeführt wird, daß das Fasermaterial in dem Endprodukt einen Anteil von 1,5 bis 15 Vol.-% aufweist. Dadurch, daß der Gehalt des Fasermaterials in dem Endprodukt von 1,5 bis 15 Vol.-% gewählt wird, lassen sich die physikalischen Eigenschaften des hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterials in einem weiten Bereich steuern und insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Verbundmaterialien hergestellt werden, welche unmittelbar als Platten, Rohre, Beschichtungen vor Ort und dgl. verwendet werden können, ohne daß die Gefahr der Ausbildung von Sprüngen oder Bruchstellen auftritt, da trotz des großen Volumsanteiles der organischen, polymeren Fasern diese aufgrund der Verfahrensführung vollkommen gleichmäßig verteilt sind.

In besonders bevorzugter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren so geführt, daß eine Matte aus gerecktem, organischen, polymeren Fasermaterial mit der Suspension vergossen wird und daß nach einem Anshärten das faserhaltige Verbundmaterial auf eine Temperatur von 60 bis 100 *C, insbesondere etwa 80 *C, erwärmt wird. Dadurch, daß in einem ersten Verfahrensschritt eine Matte aus gerecktem, organischen, polymeren Fasermaterial mit der Suspension vergossen wird und anschließend das ausgehärtete Verbundmaterial auf eine Temperatur von 60 bis 100 'C erwärmt wird, gelingt es, die vorgereckten, organischen, polymeren Fasern in dem Fasermaterial wiederum zu schrumpfen bzw. zu veranlassen, daß sie sich zusammenziehen, so daß im Inneren des Materials in allen Richtungen erhöhte Eigenspannungen existieren und das Gesamtmaterial Zugfestigkeiten von bis zu 2 t/dm3 aufweist, wodurch das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundmaterial in den unterschiedlichsten, Einsatzgebieten hoher Belastung verwendbar ist.

Die Erfindung hat weiters zum Ziel, ein hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial zur Verfügung zu stellen, welches exzellente physikalisch-chemische Eigenschaften besitzt und welches insbesondere eine extrem hohe Biegezugfestigkeit, Bruchdehnung und Resistenz gegenüber Abrieb sowie gegen chemischen Angriff aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial zur Verfügung gestellt, welches aus einer Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen, polymeren Fasermaterial und einer darin eingebrachten, ein mineralisch gebundenes Stoffsystem, Wasser und ein Betonplastifizierungsmittel enthaltenden Suspension besteht. Ein derartiges hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial bzw. Haftverbund zeichnet sich durch Biegezugfestigkeiten bis zu 80 N/mm2 und Druckfestigkeiten von bis zu 3000 N/mm2 aus. Derartige Biegezugfestigkeiten bzw. Druckfestigkeiten können mit herkömmlichem faserhaltigen Beton bzw. Stahlbeton keinesfalls erreicht werden, wobei sich das erfindungsgemäße hochfeste, faserhaltige 4

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Verbundmaterial darüberhinaus dadurch auszeichnet, daß es in einfacher Weise an die unterschiedlichsten Bedürfnisse und Einsatzzwecke angepaßt und in unterschiedlichsten Formgebungen zur Verfügung gestellt werden kann.

Zur Erreichung besonders hoher Biegezugfestigkeiten werden in dem erfindungsgemäßen faserhaltigen Verbundmaterial bevorzugt Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial eingesetzt, wobei die Fasern aus texturierten Fasern mit mindestens 0,25 bis 3 Bogen/cm und einem Titer von 60 bis 250 dtex gebildet sind und bevorzugt das Fasermaterial aus Fasermatten mit einem Gewicht von 0,5 bis 5 kg/m2 gebildet ist. Durch Einsatz derartiger Fasern gelingt es, stabile Verbundmaterialien herzustellen, welche exzellente Eigenschaften aufweisen, wobei gleichzeitig keinerlei Gefahr von Benetzungsproblemen durch die Bindemittelsuspension und somit keine Bruchstellen bzw. keine Bereiche mit verringerter Festigkeit in dem Material auftreten.

Um insbesondere ein Verbundmaterial zur Verfügung zu stellen, welches speziell gerichteten Belastungen besonders gut standhalten kann, ist die Erfindung mit Vorzug so ausgebildet, daß die Matten aus organischen, polymeren Fasermaterialien aus geschichteten Fasermatten aus unterschiedlich ausgerichteten Fasern gebildet sind. Insbesondere werden hiebei die geschichteten bzw. gerichteten Fasern so angeordnet, daß die Matten an der Außenfläche durch in Richtung der auf das Verbundmaterial wirkenden Zugspannung ausgerichteten Fasern und im Inneren durch normal darauf ausgerichtete Fasern gebildet sind. Durch Anordnen der gerichteten Fasern an der Außenfläche der Matte in Richtung der wirkenden Zugspannung gelingt es, spezielle, auf das Material wirkende Zugspannungen mit Sicherheit zu kompensieren bzw. aufzunehmen, so daß ein Brechen des Materials aufgrund von besonders hohen Belastungen in nur einer vorher bekannten Richtung mit Sicherheit vermieden werden kann.

Zur Erzielung von an die verschiedensten Anforderungen angepaßten Verbundmaterialien sind die in dem Verbundmaterial enthaltenen Fasermatten bevorzugt Compoundmaterialien aus wenigstens zwei Matten aus polymerem Fasermaterial. Bei Einsatz derartiger Compoundmaterialien kann beispielsweise eine Fasermattenschicht, welche einen Titer und einen Volumsprozentanteil aufweist, daß sie durch die mineralische Suspensionen tränkbar ist, mit einer zweiten Fasermatte verbunden wurde, welche einen Titer und einen Volumsprozentanteil aufweist, daß sie nur durch beispielsweise Kunstharz tränkbar ist, so daß ein Verbundmaterial bzw. ein Haftverbund aus druck- und biegezugbelastbaren Materialien herstellbar ist, welches Material an seinen beiden Oberflächen unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften aufweist. In bevorzugter Weise werden hiebei die in dem Compoundmaterial eingesetzten Fasermatten aus zwei chemisch unterschiedlichen, organischen, polymeren Fasermaterialien gebildet, so daß es möglich wird, Verbundmaterialien herzustellen, welche aus einem Grundkörper aus dem erfindungsgemäßen, hochfesten Verbundmaterial in einem Haftverbund zu einer weiteren organischen Polymerschicht bestehen, welche beispielsweise durch Aufschmelzen der freien, mit der Bindemittelsuspension gemäß der vorliegenden Erfindung nicht durchtränkten Faserschicht gebildet sein kann, auf welcher Polymerschicht weitere beliebige materialien physikalisch oder chemisch gebunden sein können, so daß das Verbundmaterial an beliebige Bedürfnisse in Hoch- und Tiefbau anpaßbar ist.

In weiters bevorzugter Weise ist es auch möglich, Fasermatten aus Compoundmaterialien mit unterschiedlicher Dichte des organischen, polymeren Fasermaterials zu bilden, wobei in diesem Fall die Maschenweite der beispielsweise vernadelten Polymerschichten unterschiedlich gewählt wird, um sicherzustellen, daß die mineralische Bindemittelsuspension beispielsweise nur in jenen Teil der Fasermatte eindringt, in welchem ausreichend große Maschenweiten zur Verfügung gestellt sind, um wiederum einen Haftverbund mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften an beiden Oberflächen des herzustellenden Verbundmaterials zur Verfügung zu stellen. In analoger Weise ist es selbstverständlich auch möglich, ein Verbundmaterial herzustellen, weiches an einer Oberfläche eine rein anorganische, abriebfeste Materialschicht aufweist, wobei in diesem Fall lediglich eine organische, polymere Fasermaterialmatte mit der Bindemittelsuspension getränkt ist, welche eine entsprechende Korngrößenverteilung bzw. einen Korngrößengradienten aufweist. Dadurch, daß das Eindringen größerer Korngrößen der Bindemittelsuspension in die Fasermatte nicht stattfindet, tritt eine Entmischung derselben an einer Oberfläche der Fasermatte auf. Dadurch wird ein Verbundmaterial zur Verfügung gestellt, welches an seiner einen Oberfläche eine abriebfeste, resistente, anorganische Schicht aufweist, wobei gleichzeitig die exzellenten, physikalisch-chemischen Eigenschaften des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere eine hohe Biegezugfestigkeit und eine hohe Druckfestigkeit, beibehalten sind. Für eine weitere Verbesserung der Biegezugfestigkeit des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung sind mit Vorzug als Fasermaterial für die Matten, insbesondere mit keramischen Fasern, ummantelte oder beschichtete Fasermaterialien eingesetzt. Durch Verwendung von mit keramischen Fasern ummantelten oder beschichteten Fasermaterialien für die Matten ist die Dehnbarkeit der organischen Fasermaterialien herabgesetzt und es können somit noch weiter erhöhte Biegezugfestigkeiten des Verbund- 5

AT 402 292 B materials erreicht werden. Die besten Materialeigenschaften des Verbundmaterials werden erreicht, wenn das organische polymere Fasermaterial aus einem hydrophilen polymerisierten C2- bis Cs-Alkylen, insbesondere einem Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, oder einem mit Arylgruppen, insbesondere Phenylgruppen substituierten, hydrophilen Polyolefin, gebildet ist, wobei insbesondere durch Wahl des jeweiligen organischen, polymeren Fasermaterials die Endeigenschaften des Verbundmaterials an die entsprechenden Bedürfnisse angepaßt werden können. Insbesondere Verbundmaterialien, welche organische, polymere Fasermaterialmatten mit einer Stärke von 0,5 bis 5 cm aufweisen, welche bevorzugt in dem Verbundmaterial einen Volumsanteil von 1,5 bis 15 Vol.-% ergeben, weisen Eigenschaften auf, die Stahlbeton weit überlegen sind und somit universell in Hoch- und Tiefbau einsetzbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels zur Herstellung des Fasermaterials, der Bindemittelsuspension sowie des Verbundmaterials weiter erläutert. BEISPIEL 1 a) Herstellung des Fasermaterials

Polypropylenfasern mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20 und einem Titer von 180 dtex werden mit einer Vliesmaschine pneumatisch auf ein Förderband abgelegt und mit einer Siebwalze ausgerichtet. Die Fasern werden mittels eines Nadelbretts, mit 45 Stichen pro cm2, verworren. Die Dicke der fertigen Fasermatte beträgt 1,6 cm. Auf analoge Weise wird eine zweite dünnere und mit lediglich 15 Einsti-chen/cm2 verworrene Fasermatte aus Polypropylen mit einem Titer von 240 dtex und einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20 hergestellt.

Beide Fasermatten werden auf konventionelle Weise miteinander vernadelt, so daß die fertige Matte eine Gesamtdicke von 1,8 cm und ein Flächengewicht von 1,8 kg/m2 aufweist. b) Herstellung der Bindemittelsuspension pro Tonne

In eine gängige Betonmischanlage werden als mineralisches Bindemittel 350 kg eines sulfatbeständigen, Trikalziumaluminatfreien Zements, 50 kg Flugasche mit einem Blainewert von etwa 3000 cm2/g, 358 kg mineralischer Füllstoff, 20 kg eines Verflüssigers, insbesondere Ligninsulfonat, sowie 50 kg Kalkhydrat und 5 kg Kalziumchlorid als Erhärtungs- und Erstarrungsbeschleuniger, weiters 5 kg Glaubersalz zur Verbesserung der Thixotropierung und 25 kg Vinylacetat, um die Wasserrückhaltung zu verbessern, sowie 133 I Wasser eingesetzt und 8 min gemischt. c) Herstellung des Verbundmaterials

Die unter a) hergestellte Fasermaterialmatte wird zur Herstellung einer Verbundmaterialplatte auf eine Kunststoffplane eben aufgelegt und mit einer analogen Plane abgedeckt. Die zwei Planen werden an drei Seiten dicht miteinander verbunden und es wird unter die die Oberseite der Fasermaterialmatte abdeckende Plane eine Verteilerplatte für die Bindemittelsuspension eingeschoben und die Bindemittelsuspension unter einem Druck von 0,3 bar Überdruck gleichmäßig mit einem Vorschub von 15 cm/min auf die Fasermaterialmatte aufgebracht. Nachdem die Fasermaterialmatte gleichmäßig getränkt wurde, wird die Verteilerplatte für die Bindemitteisuspension entfernt und die Verbundmaterialplatte aushärten gelassen. Nach dem Aushärten werden die Kunststoffplanen entfernt.

Die so hergestellte Verbundmaterialplatte hat eine Dicke von 2 cm, weist 12,5 Vol.-% organische Polymerfasern in der Matrix auf und hatte nach dem Anshärten eine Biegezugfestigkeit von 36 N/mm2 und eine Druckfestigkeit von 1400 N/mm2. BEISPIEL 2 a) Herstellung des Fasermaterials

Polypropylenfasern mit einem Polymerisationsgrad von 12 bis 17 und einem Titer von 180 dtex werden mit einer Vliesmaschine pneumatisch auf ein Förderband abgelegt und mit einer Siebwalze ausgerichtet. Die Fasern werden mittels eines Nadelbretts mit 30 Stichen pro cm2 verworren. Die Dicke der fertigen Fasermatte beträgt 1,2 cm. Auf analoge Weise wird eine zweite exakt gleiche Fasermatte hergestellt und beide Fasermatten werden auf konventionelle Weise miteinander vernadelt, so daß die fertige Matte ein Flächengewicht von etwa 2,3 kg/m2 aufweist. 6

AT 402 292 B b) Herstellung der Bindemittelsuspension

In eine gängige Betonmischanlage werden als mineralisches Bindemittel 94,36 Gew.-% Zement (PZ 375), 5,0 Gew.-% Mikrosilica mit einem Blainewert von etwa 150.000 cm2/g, 0,30 Gew.-% eines Natriumsalzes eines Melamldformaldehydsulfidharzes, 0,30 Gew.-% eines Härtungsbeschleunigers auf der Basis von Lithiumcarbonat, 0,02 Gew.-% Tricalziumcitrat und 0,02 Gew.-% eines Tixotropierungsmittels, insbesondere Glaubersalz, eingebracht und mit Wasser 10 min vermischt. c) Herstellung des Verbundmaterials

Die unter a) hergestellte Fasermaterialmatte wird zur Herstellung einer Verbundmaterialplatte auf eine Kunststoffplane eben aufgelegt und mit einer analogen Plane abgedeckt. Die zwei Planen werden an drei Seiten dicht miteinander verbunden und es wird unter die die Oberseite der Fasermaterialmatte abdeckende Plane eine Verteilerplatte für die Bindemittelsuspension eingeschoben und die Bindemittelsuspension unter einem Druck von 0,5 bar Überdruck gleichmäßig mit einem Vorschub von 12 cm/min auf die Fasermaterialmatte aufgebracht. Nachdem die Fasermaterialmatte gleichmäßig getränkt wurde, wird die Verteilerplatte für die Bindemittelsuspension entfernt und die Verbundmaterialplatte aushärten gelassen. Nach dem Aushärten werden die Kunststoffplanen entfernt.

Die so hergestellte Verbundplatte hatte eine Dicke von 1,8 cm, weist 13 Vol.-% organische Polymerfaser in der Matrix auf und hat nach dem Anshärten eine Biegezugfestigkeit von 45 N/mm2 und eine Druckfestigkeit von 1.500 N/mm2. BEISPIEL 3 a) Herstellung des Fasermaterials

Polypropylenfasern mit einem Polymerisationsgrad von 11 bis 20 und einem Titer von 60 dtex werden von einer Vliesmaschine pneumatisch auf ein Förderband abgelegt und mit einer Siebwalze ausgerichtet. Die Fasern wurden mittels eines Nadelbretts mit 40 Stichen pro cm2 verworren. Die Dicke der fertigen Fasermatte beträgt 8 mm. Auf analoge Weise wurden drei weitere idente Fasermatten hergestellt und mit der ersten Fasermatte auf konventionelle Weise vernadelt. Die fertige Fasermatte hatten ein Flächengewicht von 3,20 kg/m2 und wies eine Dicke von 3 cm auf. b) Herstellung der Bindesmittelsuspension pro Tonne

In einer üblichen Betonmischanlage wurden als mineralisches Bindemittel 40 Gew.-% Quarzsand mit einer Körnergröße von 0,001 bis 0,25 mm, 10 Gew.-% Quarzmehl (1.600 MESH) sowie Kunstharze, insbesondere 30 Gew.-% Epoxiharz, und 10 Gew.-% des entsprechenden Epoxihärters, sowie 5 Gew.-% Kalkhydrat als Beschleuniger und 5 Gew.-% Mikrosilica als mineralischer Füllstoff mit 130 I Wasser 6 min gemischt. c) Herstellung des Verbundmaterials

Die unter a) hergestellte Fasermaterialmatte wird zur Herstellung einer Verbundmaterialplatte auf eine Kunststoffplane eben aufgelegt und mit einer analogen Plane abgedeckt. Die zwei Planen werden an drei Seiten dicht miteinander verbunden und es wird unter die die Oberseite der Fasermaterialmatte abdeckende Plane eine Verteilerplatte für die Bindemittelsuspension eingeschoben und die Bindemittelsuspension unter einem Druck von 0,6 bar Überdruck gleichmäßig mit einem Vorschub von 17 cm/min auf die Fasermaterialmatte aufgebracht. Nachdem die Fasermaterialmatte gleichmäßig getränkt wurde, wird die Verteilerplatte für die Bindemittelsuspension entfernt und die Verbundmaterialplatte aushärten gelassen. Nach dem Aushärten werden die Kunststoffplanen entfernt.

Die so hergestellte Verbundmaterialplatte hatte eine Dicke von 3,2 cm und weist 14 Vol.-% organische Polymerfasern in der Matrix auf und hat nach dem Anshärten eine Biegezugfestigkeit von 54 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von 1.380 N/mm2. 7

Claims (27)

1. AT 402 292 B Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterials mit einer Bindemittelmatrix, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen polymeren Fasermaterial mit einem geringen Überdruck mit einer ein mineralisch gebundenes Stoffsystem, Wasser und einen Verflüssiger enthaltenden Suspension getränkt wird und die Bindemittelmatrix in dem organischen polymeren Fasermaterial ausgehärtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches polymeres Fasermaterial Matten aus texturierten Fasern mit mindestens 0,25 bis 3 Bogen/cm und einem Titer von 60 bis 250 dtex eingesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial Fasermatten mit einem Gewicht von 0,5 bis 5 kg/m2 eingesetzt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial geschichtete Fasermatten aus unterschiedlich ausgerichteten Fasern eingesetzt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche in Richtung der auf das Verbundmaterial wirkenden Zugspannung ausgerichtete Fasern und im Inneren der Matte normal darauf ausgerichtete Fasern eingesetzt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Matten Compoundmaterialien aus wenigstens zwei Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial eingesetzt werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Compoundmaterialien Matten aus verschiedenen organischen polymeren Fasermaterialien eingesetzt werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Compoundmaterialien Matten mit unterschiedlicher Dichte des organischen, polymeren Fasermaterials eingesetzt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen polymeren Fasermaterialien vor dem Verarbeiten in Matten, insbesondere mit keramischen Fasern, ummantelt oder beschichtet werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem organischen polymeren Fasermaterial vor dem Herstellen der Matte Mineralwolle, Steinwolle, Keramikfasern, Glasfasern, Kohlefasern und/oder Stahlfasern beigemischt werden.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches polymeres Fasermaterial ein hydrophiles polymerisiertes C2- bis Cs-Alkylen, insbesondere ein Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, oder ein mit Arylgruppen, insbesondere Phenylgruppen, substituiertes, hydrophiles Polyolefin eingesetzt wird.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial als Matte mit einer Stärke von 0,5 bis 5 cm Stärke eingesetzt wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Suspension eine Mischung enthaltend 55 bis 70 Gew.-Teile CaO, 20 bis 35 Gew.-Teile S1O2, 2 bis 4 Gew.-Teile AI2O3, 0,5 bis 3 Gew.-Teile MgO, etwa 0,5 Gew.-Teile Fe203, etwa 2 Gew.-Teile SO3, 3 bis 7 Gew.-Teile unlösliche Bestandteile, 0,5 bis 2 Gew.-Teile eines Verflüssigers sowie Wasser in das organische, polymere Fasermaterial so eingebracht wird, daß das Fasermaterial 1,5 bis 15 Vol.-% des Endproduktes darstellt.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial mit einem Überdruck von 0,03 bis 2 bar mit der Suspension getränkt wird. 8 AT 402 292 B
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Matte aus gerecktem, organischen, polymeren Fasermaterial mit der Suspension vergossen wird und daß nach einem Aushärten das faserhaltige Verbundmaterial auf eine Temperatur von 60 bis 100 ’C, insbesondere etwa 80 · C, erwärmt wird.
16. 16. Hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial bestehend aus einer Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen, polymeren Fasermaterial und einer darin eingebrachten, ein mineralisch gebundenes Stoffsystem, Wasser und einen Verflüssiger enthaltenden Suspension.
17. 17. Verbundmaterial nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet daß das organische polymere Faser-material aus Matten aus texturierten Fasern mit mindestens 0,25 bis 3 Bogen/cm und einem Titer von 60 bis 250 dtex gebildet ist.
18. 18. Verbundmaterial nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial aus Fasermatten mit einem Gewicht von 0,5 bis 5 kg/m2 gebildet ist.
19. 19. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Matten aus organischen, polymeren Fasermaterialien aus geschichteten Fasermatten aus unterschiedlich ausgerichteten Fasern gebildet sind.
20. 20. Verbundmaterial nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Matten an der Außenfläche durch in Richtung der auf das Verbundmaterial wirkenden Zugspannung ausgerichtete Fasern und im Inneren durch normal darauf ausgerichtete Fasern gebildet sind.
21. 21. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatten aus Compoundmaterialien aus wenigstens zwei Matten aus organischen, polymeren Fasermaterial gebildet sind.
22. 22. Verbundmaterial nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatten aus Compoundmaterialien aus verschiedenen, organischen, polymeren Fasermaterialien gebildet sind.
23. 23. Verbundmaterial nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatten aus Compoundmaterialien aus Matten mit unterschiedlicher Dichte des organischen, polymeren Fasermaterials gebildet sind.
24. 24. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasermaterial für die Matten, insbesondere mit keramischen Fasern, ummantelte oder beschichtete Fasermaterialien eingesetzt sind.
25. 25. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermateriai aus einem hydrophilen polymerisierten C2- bis Cs-Alkylen, insbesondere einem Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, oder einem mit Arylgruppen, insbesondere Phenylgruppen substituierten, hydrophilen Polyolefin, gebildet ist.
26. 26. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial in Form einer Matte eine Stärke von 0,5 bis 5 cm aufweist.
27. 27. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial 1,5 bis 15 Vol.-% des Endproduktes beträgt. 9