CH636586A5

CH636586A5 - Hydraulically setting masses reinforced with artificial mineral fibres such as, for example, glass fibres

Info

Publication number: CH636586A5
Application number: CH339777A
Authority: CH
Inventors: Adolf Prof Dr Ing Meyer
Original assignee: Heidelberg Portland Zement
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1983-06-15
Also published as: DE2622465B2; DE2622465A1; DE2622465C3

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 überführbar sind, 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 e.g. Glass fibers, reinforced, hydraulically hardening masses, which can be converted into fiber composite materials with low tendency to shrink and tear, high abrasion resistance, high impact strength, tensile and flexural tensile strength with favorable long-term behavior, whereby the matrix of the masses, apart from binders, additives and water, has aggregates with a grain diameter of up to Contains 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 puz-zolanische oder hydraulische Eigenschaften besitzen können. In this context, surcharges are grain mixtures of natural or artificial origin with a dense or porous structure, which are generally inert, but can also have puz-zolanic or hydraulic properties.

In neuester Zeit gewinnen mit künstlichen Mineralfasern verstärkte, hydraulisch erhärtende Massen ständig an Bedeutung, wobei die zahlreichen Vorteile der aus diesen Massen geschaffenen Faserverbundwerkstoffe als bekannt unterstellt werden dürfen. In recent times, hydraulically hardening masses reinforced with artificial mineral fibers are becoming increasingly important, although the numerous advantages of the fiber composite materials created from these masses can be assumed to be known.

Die Matrix solcher Massen besteht bei Verwendung künstlicher Mineralfasern in der Regel aus Bindemittel und Wasser. In Sonderfallen werden Zusatzmittel und zementfeine Zusatzstoffe wie z.B. Flugasche oder Gesteinsmehle bis zu 20 Vol.-% bezogen auf das Volumen der eingebauten Masse zugegeben. Man ging bisher davon aus, dass es nicht möglich 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/Bindemittelverhältnis erhöhen. Dies wiederum hat eine beträchtliche Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften wie z. B. der Biegezugfestigkeit und Schlagzähigkeit zur Folge. Zuschläge in der Matrix erschweren ausserdem das satte Einbetten der When using synthetic mineral fibers, the matrix of such masses usually consists of binder and water. In special cases, additives and cement-fine additives such as Fly ash or rock flour up to 20 vol .-% based on the volume of the mass added. It was previously assumed that it would not be possible and also not advisable to add surcharges such as sand or light sand in larger quantities, since these surcharges increase the water consumption and thus the water / binder ratio with the same consistency. This in turn has a considerable deterioration in the mechanical properties such. B. the bending tensile strength and impact strength. Surcharges in the matrix also make it difficult to fully embed the

Fasern und erhöhen darüber hinaus die Gefahr der mechanischen Beschädigung der empfindlichen künstlichen Mineralfasern beim Herstellen des Faserverbundwerkstoffes. Anderseits führt eine zuschlagarme bzw. zuschlagfreie Matrix zu 5 gewissen Nachteilen, die man bisher in Kauf nehmen mus-ste. Sie hat z.B. ein hohes Schwindmass und eine Neigung zur Rissebildung zur Folge. Die Abriebfestigkeit ist unbefriedigend. Die gewünschte hohe Duktilität des Faserverbundwerkstoffes bleibt über längere Zeiträume bei feuchter io Lagerung nicht erhalten. Gleichzeitig können über längere Zeiträume die Zug- und Biegezugfestigkeit durch ein zu starkes Einwachsen der Fasern herabgesetzt werden. Fibers and also increase the risk of mechanical damage to the sensitive artificial mineral fibers when manufacturing the fiber composite material. On the other hand, a low-surcharge or surcharge-free matrix leads to 5 certain disadvantages that had to be accepted up to now. 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 is not maintained over a long period of time in moist storage. At the same time, the tensile and flexural tensile strength can be reduced over a long period of time if the fibers grow too much.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, trotz der gegebenen Schwierigkeiten Zuschläge, wie i5 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 20 und damit eine Reduzierung der Reissneigung der hydrati-sierten Raumformkörper voll auszunutzen. The present invention is based on the object, despite the given difficulties, such as i5 e.g. Sand or light sand, if necessary together with air pores, to be incorporated in larger quantities in the matrix in order to achieve the known improvements in technical properties which can be achieved in this way, such as a significant reduction in shrinkage and swelling 20 and thus a reduction in the tendency of the hydrated to tear Make full use of the shaped body.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass die mit künstlichen Mineralfasern, wie z.B. Glasfasern, verstärkten, hydraulisch erhärtenden Massen der ein-25 gangs genannten Gattung dadurch gekennzeichnet sind, dass Zuschläge in einer Menge von oberhalb 20 Vol.-%, 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 30 Fliessmitteln kompensiert ist und dass die durch die Zuschläge erreichte stellenweise unterbundene Haftung zwischen Fasern und Matrix durch eine Bündelung der Fasern unterstützt ist. According to the invention, this object is achieved by using synthetic mineral fibers such as e.g. Glass fibers, reinforced, hydraulically hardening masses of the type mentioned at the beginning are characterized in that supplements are present in an amount of above 20% by volume, based on the volume of the finished mass, in that the water demand increased by the supplement the matrix is compensated for by a content of plasticizers and / or 30 superplasticizers and that the adhesion between fibers and matrix, which is partially prevented by the additions, is supported by bundling the fibers.

Hierdurch wird ein sattes Einbetten der künstlichen Mi-35 neralfasern ermöglicht, ohne die gegen mechanische Beanspruchung empfindlichen Fasern zu beschädigen. This enables a rich embedding of the artificial mineral fibers without damaging the fibers, which are sensitive to mechanical stress.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind die erfindungsgemässen Massen dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschläge allein oder zusammen mit 40 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 are present alone or together with 40 air pores in an amount of above 30% by volume, based on the volume of the ready-installed composition.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erfindungsgemässen Massen dadurch gekennzeichnet, 45 dass als Bindemittel Quellzement vorhanden ist, wodurch die Ressneigung 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 swelling cement is present as a binder, which further reduces the tendency of the matrix, which has already become emaciated and thus less shrinking, to be reduced.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird 50 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 ver-55 hindern, dass die Hydratationsprodukte des Zementsteins überall auf dem Glas aufwachsen. Dadurch bleibt die hohe Duktilität der Formkörper weitgehend erhalten. According to a further preferred embodiment, the desired high ductility over longer periods of time is further improved in that the fibers have partial water-insoluble and / or water-insoluble coatings, the coating simultaneously increasing the mechanical resistance of the fibers. These coatings prevent the cement stone's hydration products from growing all over the glass. As a result, the high ductility of the moldings is largely retained.

Bei Mischungen mit höherem Anteil an Zuschlägen ent-60 stehen 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 aggregates produce relatively fewer hydration products than the known mortars used for this purpose. This also has a favorable effect on the behavior of the shaped bodies.

Die Matrix der erfindungsgemässen Massen mit Zement 65 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 65 as a binder is distinguished by a low alkalinity. If artificial mineral fibers that are not alkali-resistant are used, this has a favorable effect on the course of the chemical attack over time.

3 3rd

636 586 636 586

Zum Stand der Technik ist ferner noch die DE-OS 2 314 352 zu nennen, die sich auf eine verstärkte Mischung bezieht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine ver-giessbare 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 Puz-zolan-Typ sowie einen Zuschlagstoff enthält; sämtliche Inhaltsstoffe liegen innerhalb gewisser Bereichsgrenzen. Regarding the prior art, DE-OS 2 314 352 is also to be mentioned, which relates to a reinforced mixture which is characterized in that it contains a pourable matrix material from the group of a pourable concrete matrix material and a pourable simple mortar matrix material, wherein the pourable concrete matrix mass and the pourable simple mortar matrix mass contain hydraulic cement, water, a large number of discontinuous reinforcing threads, a material of the Puz-zolan type and an aggregate; all ingredients are within certain limits.

Die vorliegender Erfindung zugrunde liegende Aufgabe hat mit dem Wesen der verstärkten Mischung gemäss DE-OS 2 314 352 keine Berührungspunkte, zumal 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 on which the present invention is based has no points of contact with the nature of the reinforced mixture according to DE-OS 2 314 352, especially since in this known prior art mechanically sensitive fibers, such as glass fibers with mechanically insensitive fibers, such as steel fibers, are placed side by side as analog.

Das Wesen vorliegender Erfindung wird nun anhand von zwei Ausführungsbeispielen, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, weiterhin erläutert. The essence of the present invention will now be further explained on the basis of two exemplary embodiments which represent preferred embodiments.

s Beispiel 1 s Example 1

Im Faserspritzverfahren wurden Probekörper 6 x 30 cm von 1 cm Dicke aus Glasfaserbeton mit einem Fasergehalt von 5 Vol.-% unter Verwendung eines Portlandzementes 550 und einer alkaliwiderstandsfähigen Glasfaser mit unter-io schiedlichem Zuschlaggehalt hergestellt. Der Zuschlag hatte ein Grösstkorn von 2 mm. Alle Mischungen wurden durch Zugabe eines Fliessmittels - einem sulfonierten Polykonden-sat - in etwa auf die gleiche Konsistenz gebracht. Die Probekörper wurden sieben Tage feucht und anschliessend im Kli-i5 maraum bei 20 °C und 50% rei. Luftfeuchtigkeit gelagert. Die Zusammensetzung der Probekörper und die im Zeitraum zwischen 7 und 180 Tagen gemessene Schwindung sind in der folgenden Tafel 1 angegeben. In the fiber spraying process, test specimens 6 × 30 cm, 1 cm thick, were produced from glass fiber concrete with a fiber content of 5% by volume using Portland cement 550 and an alkali-resistant glass fiber with different aggregate contents. The aggregate had a maximum grain size of 2 mm. All mixtures were brought to approximately the same consistency by adding a flow agent - a sulfonated polycondate-sat. The test specimens were moist for seven days and then in the Kli-i5 room at 20 ° C. and 50% clean. Humidity stored. The composition of the test specimens and the shrinkage measured between 7 and 180 days are shown in Table 1 below.

Tafel 1: Table 1:

Zusammensetzung und Schwinden der Probekörper aus Glasfaserbeton mit 5 Vol.-% Glasfasern Composition and shrinkage of the test specimens made of glass fiber concrete with 5 vol .-% glass fibers

Mischung Mischungsverhältnis in Gewichtsteilen Fliessmittel Zuschlaggehalt Schwinden Mixing Mixing ratio in parts by weight superplasticizer surcharge shrinkage

Nr. Zement: Zuschlag: Wasser Gew.-0/)1 Vol.-%2 mm/m No cement: Surcharge: water weight 0 /) 1 vol.% 2 mm / m

1 1

1:0 :0,4 1: 0: 0.4

0 0

3,2 3.2

2 2nd

1:0,5:0,4 1: 0.5: 0.4

2 2nd

20 20th

2,1 2.1

3 3rd

1:1,0:0,4 1: 1.0: 0.4

3,2 3.2

34 34

1,4 1.4

4 4th

1:3,0:0,4 1: 3.0: 0.4

4 4th

60 60

1,0 1.0

1 bezogen auf Zement 1 based on cement

2 bezogen auf den Probekörper 2 based on the test specimen

Die Schwindung der Mischung Nr. 3 und 4 mit über 20 Vol.-% Zuschlägen ist deutlich geringer als die der Mischung Nr. 1. The shrinkage of mix no. 3 and 4 with more than 20 vol.% Additions is significantly less than that of mix no. 1.

Von der Mischung Nr. I 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. After 28 days, 1 and 2 years, with constant water storage, the bending tensile strengths and bending impact strengths of mixture No. I and 3 were determined on 10 test specimens of the same type in each case. The mean values are shown in Table 2.

Tafel 2: Table 2:

Biegezugfestigkeit und Biegeschlagzähigkeit von Glasfaserbeton mit 5 Vol.-% Glasfasern Bending tensile strength and impact strength of glass fiber concrete with 5 vol .-% glass fibers

Eigenschaft Mischung Nr. Property mixture no.

1 1

3 3rd

Biegezugfestigkeit Bending tensile strength

28 Tage 28 days

385 385

360 360

in kp/cm2 in kp / cm2

1 Jahr 1 year

260 260

335 335

2 Jahre 2 years

235 235

310 310

Biegeschlagzähigkeit Bending impact strength

28 Tage 28 days

23 23

21 21st

in cm kp/cm2 in cm kp / cm2

1 Jahr 1 year

13 13

19 19th

2 Jahre 2 years

8 8th

16 16

Die erfindungsgemässe Mischung Nr. 3 ist der bisherigen 35 gebräuchlichen Mischung Nr. 1 nicht nur im Schwinden sondern auch in den Festigkeitseigenschaften und der Duktilität über längere Zeiträume bei feuchter Lagerung deutlich überlegen. The mixture No. 3 according to the invention is clearly superior to the previous 35 mixture No. 1 not only in terms of shrinkage but also in terms of its strength properties and ductility over extended periods of time in moist storage.

Beispiel 2 Example 2

In einem Zwangsmischer wurden giessfahige Mischungen aus Portlandzement 550 mit und ohne Sand als Zuschlag unter Einsatz von 3 Vol.-% 25 mm langer alkaliwiderstands-45 fähiger Glasfaserschnitzel hergestellt und anschliessend zu Probekörpern 6 x 30 cm von 1 cm Dicke weiter verarbeitet. Der Sand hatte ein Grösstkorn von 3 mm. Die Konsistenz der Mischungen wurde durch Zugabe einer Fliessmittels - einem sulfoniertem Polykondensatz - in etwa auf die gleiche so Konsistenz gebracht. In a compulsory mixer, pourable mixtures of Portland cement 550 with and without sand were produced as an aggregate using 3% by volume 25 mm long alkali-resistant 45 glass fiber chips and then processed into test specimens 6 x 30 cm 1 cm thick. The sand had a maximum grain size of 3 mm. The consistency of the mixtures was brought to about the same consistency by adding a flow agent - a sulfonated polycondensation.

Die Probekörper wurden 7 Tage feucht und anschliessend im Klimaraum bei 50% rei. Luftfeuchtigkeit gelagert. Die Zusammensetzung der Probekörper und die zwischen 7 und 180 Tagen gemessene Schwindung ist in der folgenden 55 Tafel 3 eingetragen. The test specimens were moist for 7 days and then in the climatic room at 50% clean. Humidity stored. The composition of the test specimens and the shrinkage measured between 7 and 180 days are shown in the following 55 Table 3.

40 40

Tafel 3: Table 3:

Zusammensetzung und Schwinden von Glasfaserbeton mit 3 Vol.-% Glasfaserschnitzel Composition and shrinkage of glass fiber concrete with 3 vol .-% glass fiber chips

Nr. Zement: Zuschlag: Wasser Gew.-Vo1 Vol.-%2 mm/m No cement: Surcharge: water wt% vol.% 2 mm / m

1 1:0 :0,4 0 0 3,3 1 1: 0: 0.4 0 0 3.3

2 1:0,5:0,4 1,8 19 2,3 2 1: 0.5: 0.4 1.8 19 2.3

3 1:1,0:0,4 2,9 32 1,2 3 1: 1.0: 0.4 2.9 32 1.2

1 bezogen auf Zement 1 based on cement

2 bezogen auf den Probekörper 2 based on the test specimen

636586 636586

4 4th

Die erfindungsgemässe Mischung Nr. 3 ist den beiden Mischungen mit niedrigeren Zuschlaggehalten im Hinblick auf das Schwinden deutlich überlegen. Mixture No. 3 according to the invention is clearly superior to the two mixtures with lower aggregate contents in terms of shrinkage.

Von Mischung 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. After 28 days, 1 and 2 years with constant water storage, the bending tensile strengths and impact strengths of mixture Nos. 1 and 3 were determined on 10 test specimens of the same type in each case. The mean values are entered in Table 4.

Tafel 4: Table 4:

Biegezugfestigkeit und Biegeschlagzähigkeit von Glasfaserbeton mit 3 Vol.-% Glasfaserschnitzel Bending tensile strength and impact resistance of glass fiber concrete with 3 vol .-% glass fiber chips

Eigenschaft Mischung Nr. Property mixture no.

1 3 1 3

Biegezugfestigkeit Bending tensile strength

28 Tage 28 days

180 180

160 160

kp/cm2 kp / cm2

1 Jahr 1 year

135 135

140 140

2 Jahre 2 years

115 115

145 145

Biegeschlagzähigkeit Bending impact strength

28 Tage 28 days

15 15

16 16

in cm kp/cm2 in cm kp / cm2

1 Jahr 1 year

10 10th

12 12

2 Jahre 2 years

6 6

10 10th

Die erfindungsgemässe Mischung Nr. 3 ist der bisher ausgeführten Mischung Nr. 1 auch im Hinblick auf Festigkeit und Duktilität über längere Zeiträume bei feuchter Lagerung überlegen. Mixture no. 3 according to the invention is superior to mix no. 1 previously carried out also in terms of strength and ductility over longer periods of time in moist storage.

Von den Mischungen Nr. 1 und 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% rei. Luftfeuchtigkeit geprüft. Das s Ergebnis enthält Tafel 5. The mixtures without fibers were additionally stripped of the tensile tensile strength after 28 days of water storage and mixed storage, 7 days of water and 21 days of air with 50% of the mixtures No. Humidity checked. The result is shown in Table 5.

Tafel 5: Table 5:

Biegezugfestigkeit der Matrix von Mischung Nr. 1 und 3 io bei verschiedener Lagerung Bending tensile strength of the matrix of mixture no. 1 and 3 io in different storage

Matrix der Mischung Nr. 1 3 Matrix of mixture No. 1 3

Biegezugfestigkeit Wasser 70-100 60-90 Bending tensile strength water 70-100 60-90

kp/cm2 Wasser/Luft 20-40 40-80 kp / cm2 water / air 20-40 40-80

20 Die Biegezugfestigkeit der Matrix der erfindungsgemässen Mischung Nr. 3 wird beim Austrocknen durch Schwindeigenspannung wesentlich weniger herabgesetzt als die Biegezugfestigkeit der Matrix der Mischung Nr. 1. The flexural tensile strength of the matrix of the mixture No. 3 according to the invention is significantly less reduced when drying out due to shrinkage than the bending tensile strength of the matrix of the mixture No. 1.

Die erfindungsgemässe Mischung Nr. 3 ist weniger riss-25 anfallig und deswegen der bisherigen Ausführungsform erheblich überlegen. Mixture 3 according to the invention is less susceptible to cracking and is therefore considerably superior to the previous embodiment.

Claims

636 586 PATENT CLAIMS

1. With artificial mineral fibers, such as. B. glass fibers, reinforced, hydraulically hardening masses, which can be converted into fiber composite materials with low tendency to shrink and tear, high abrasion resistance, high impact strength, tensile and flexural tensile strength with favorable long-term behavior, the matrix of the masses with the addition of binders, additives and water additives Contains grain diameters of up to 4 mm, characterized in that aggregates in an amount of above 20 vol. or flow agent is compensated and that the adhesion between fibers and matrix, which is prevented in places by the additives, is supported by bundling the fibers.

2. Reinforced with artificial mineral fibers, hydraulically hardening masses according to claim 1, characterized in that the additives alone or together with air pores in an amount of above 30 vol .-%, based on the volume of the finished mass, added.

3. Reinforced by artificial mineral fibers, hydraulically hardening compositions according to claims 1 and 2, characterized in that swelling cement is present as a binder.

4. Hydraulically hardening masses reinforced by artificial mineral fibers according to one of claims 1-3, characterized in that the mineral fibers have partially water-insoluble and / or water-insoluble coatings.