DD287684A5 - Verbundwerkstoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verbundwerkstoffe, die im Bauwesen fuer die verschiedensten Einsatzzwecke, insbesondere aber fuer Bauplatten eingesetzt bzw. verwendet werden. Erfindungsgemaesz werden in einem silikatischen Bindebaustoff bis zu 20% Masseanteile anorganische Fasern zugegeben, wobei die anorganischen Fasern mit einem UEberzug aus einem mit Oxiden und/oder Salzen zweiwertiger Metalle und/oder Aminen katalysierten PF-Resols versehen sind. Der UEberzug betraegt bis zu 10% Masseanteile bezogen auf die eingesetzten Fasern.{Verbundwerkstoff; Beton; Bindebaustoff; Zement; Gips; anorganische Fasern; Glasfasern; Mineralfasern; Schlackenfasern; polymere Schutzschicht; PF-Harz}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, bestehend aus einem Bindebaustoff insbesondere zementgebundenem Beton und aus anorganischen Bewehrungsfasern, insbesondere Glasfasern, der im Bauwesen eingesetzt werden kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Faserzementplatten wurden in großem Umfang im Bauwesen für Dachabdeckungen und Fassadenverkleidungen eingesetzt. Für Dachabdeckungen werden sie meist als Wellplatten, zur Fassadenverkleidung meist als Flachplatten ausgebildet. Weiterhin wird Faserzement für Rohre und für andere profilierte Formteile verwendet. Bei diesen Anwendungsgebieten wird als Fasermaterial vorrangig die .Asbestfaser eingesetzt. Asbestfasern weisen in einem Faser-Zement-Verbund gute physikalische Eigenschaften auf; weiterhin ist die Asbestfaser beständig gegen die in der Porenflüssigkeit des Zementsteins vorliegenden alkalischen Bestandteile. Nachteile bei dor Verarbeitung von Asbest bestehen jedoch darin, daß Asbest auf Grund seiner Struktur zu einer ungleichmäßigen Verteilung im Verbundwerkstoff neigt. Diese Fasernester führen zu einer ungleichmäßigen Festigkeit in den Bauelementen. Der entscheidende Nachteil des Asbestfasereinsatzes liegt jedoch in der hohen Gefährdung für die Gesundheit, hervorgerufen durch die Struktur der Asbestfaser selbst. Diese hohe Gefährdung für die Gesundheit schließt einen weiteren Einsau von Asbestfasern in Bauelementen schon in nächster Zeit völlig aus.

Die Ablösung der Asbestfasern macht den Einsatz anderer Faserarten in Verbundwerkstoffen für die Bauindustrie erforderlich. Diose Fasern sollen kostengünstig sein; sie sollen ähnliche physikalische Eigenschaften wie die Asbestfaser aufweisen, sollen dabei aber physiologisch unbedenklich sein. In den letzten Jahren wurden deshalb verstärkt die verschiedensten Fasern auf metallischer, organischer oder anorganischer Basis auf ihre Eignung als Bewehrungsmaterial für Verbundwerkstoffe untersucht. Als alternative technische Lösung bietet sich hier der Einsatz der kostengünstigen, hochfesten Glasfaser an. Herkömmliche nackte Glasfasern, deren Grundlage A-, C- oder Ε-Glas ist, werden in Bauwerkstoffen durch die basischen Bestandteile des Zementes aufgeschlossen und haben dadurch nur eine geringe Lebensdauer. Auch die in der neueren Zeit entwickelten AR-Glasfasern, die insbesondere für die Anwendung in Zement und Beton bestimmt sind, unterliegen in gewissem Grado einem Angriff der Porenflüssigkeit des Betons, weswegen sich das Aufbringen von organischen Schutzschichten als zweckmäßig erwiesen hat. Bei der bekannten CemFIL-Glasfaser, die im Glas Zirkoniumdioxid zur Verbesserung der Alkaliresistenz des Glases enthält, ist außerdem ein Überzug auf die Glasfaser bei der Glasseidenherstellung aufgebracht, der als schützende Substanzen mono- oder polycyclisch^ aromatische Verbindungen mit drei Hydoxylgruppen an mindestens einem Kern enthält (DE-OS 2432017, DE-OS 2559066, HE-OS 2750560). Da diese Verbindungen leicht einer Oxydation durch Lufts iuerstoff unterliegen und deshalb schnell art Schutzwirkung für die Glasfaser verlieren, gibt es Verfahren, nach denen eine Umhüllung dieser Substanzen mit EP-Harzen bzw. PF-Harzen vorgenommen wird (DE-OS 2559056). Der Nachteil der auf diose Welse hergestellten Verbundwerkstoffe ist der hohe Preis, der vor allem durch die schwer verfügbaren aromatischen Polyhydroxyverbindungen bestimmt wird.

Bekannt ist auch ein Verfahren iur Herstellung von Botonplatton und -formteilon, die als Verstärkungsmaterial alkatibeständigo Glasfasermatten enthalten (DE-OS 2713090). Dabei handelt es sich um in bekannter Weise hergostellto Glasfasermatten, die vor einer Verarbeitung als Bewehrungsmaterial eine Epoxydharzboschichtung erhalten. Neben die hohen Kosten für das eingesetzte Epoxydharz tritt als Nachteil die unvollständige Beschichtung der Glasfasermatten auf. Die nachträgliche Beschichtung der Glasfasermatte führt in jedem Fall zu Anteilen unbeschichteter Fasorn, die im Beton der zerstörenden Wirkung der Porunflüssigkeit des Zementsteins unterliegen.

Weiterhin !st eine Bauplatte bekannt, die faserförmigo Bestandteile, insbesondere zugfeste kurze Fasorstücko, welche mit einem Kunstharz ummantelt sind, enthält (DE-OS 2821490). Als Fasermaterial werden unter anderem Glasfasern eingesetzt, welche mit Epoxydharz ummantelt sind. Die Glasfasern weisen bevorzugt eine Länge von 15mm auf. Die Umhüllung aus Epoxydharz wird au'/ die Schlichte der Glasfasern aufgetragen und ausgehärtet. Auch diese Herstellung von Bauplatten führt zu hohen Materialkosten und setzt eine technisch aufwendige Herstellung der beschichteten anorganischen Fasern voraus. Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Armierung von Bauwerksteilen sieht unter anderem den Einsatz von schlauchförmigen Hüllen brw. von Rohren vor, die ein Kunstharzmatorial und/oder Glasseidenstränge beinhalten (DE-OS 2902296). Nachteil dieser technischen Lösung sind die aufwendigen technologischen Vorgänge, die zudem technisch unausgereift erscheinen.

Ziel der Erfindung

Ee Ist des Ziel dar Erfindung, der Bauindustrie einen asbestfreien Verbundwerkstoff, bestehend aus anorganischen Fasern insbesondere Glasfasern und Zement, zur Verfügung zu stellen, der auf preiswerter Rohstoffgrundlage herstellbar ist und der unter allen Einsatzbedingungen eine hohe Lebensdauer besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung von Verbundwerkstoffen aus anorganischen Fasern und einem silikatischen Bindebaustoff, der durch Schutz der Faseroberfläche mit einem homogenen Überzug aus einem engmaschigen PF-Netzwerk und durch chemische Wechselwirkung zwischen der Polymerschicht und der Zementphase seine guten Materialkennwerte auch nach langzeitiger Bewitterung in hohem Maße beibehält.

Erfindungsgemäß enthält der Verbundwerkstoff anorganische Fasern, wie aus Ε-Glas oder aus zirkoniumr.ioxidhaltigen AR-Gläsorn aber auch aus Schlacken und natürlichen Steinen als Faserstränge, als Stapelfasern oder als textile Flächengebilde in einem Verhältnis von 0,2 bis 20 Masseanteilen Fasern bezogen auf den Verbund. Die Verbundmatrix kann aus handelsüblichen Portlandzementen, aus Zementmörteln oder aber aus Gips bestehen; der Masseanteil am Verbund beträgt 40 bis 95%. Die vorwendeten Fasern sind mit einem polymeren Überzug aus einem Phenol-Formaldehyd-Polykondensat mit einem Anteil von 0,8 bis 10%, bezogen auf die Masse der Fasern, umhüllt. Das zur Beschichtung verwendete PF-Resol weist ein Verhältnis von PhenohFormaldehyd von 1:0,8 bis 3,0 auf und wird mit 0,001 bis 0,1 Mol eines in ortho-Position dirigierenden Katalysators, bestehend aus Oxiden und/oder Salzen zweiwertiger Metalle und/oder Aminen, kondensiert. Das beliebig mit Wasser mischbare Resol, das für die Beschichtung der Fasern mit weiteren Agenzien wie haftvermittelnden Silanen in Masseahteilen von 0,1 bis 1 % und/oder kationischen Netzmitteln in Masseanteilen 0,1 bis 1 % versetzt werden kann, wird nach dem Aufziehen auf die Fasern bei erhöhten Temperaturen zwischen 393 bis 453 K unter Ausbildung einer homogenen, geschlossenen, festheftenden Netzwerkstruktur gehärtet. Aus Wasserstoffbrückenwechsolwirkungen zwischen den phenolischen Hydroxylgruppen der PF-Polymerschicht und der Silikat- bzw. Sulfatstruktur der Verbundmatrix ergibt sich eine hohe Festigkeit des Verbundes. Es war nicht zu erwarten, daß ein auf diese Weise hergestellter Verbundwerkstoff eine hohe Langzeltfesti&keit besitzt. Es mußte befü.chtet werden, daß zunächst die PF-Polymerschicht durch Hydroxylionen der Porenflüssigkeit des Zements mit einem durchschnittlichen pH-Wert von 12,5 bis 14 angegriffen wird, dabei aufquillt und dadurch im Verbund innere Spannungen verursacht werden, wobei im weiteren auch die Glasfaseroberfläche direkt angegriffen wird. Aus der Literatur sind PF-Materialien zwar als gut säurebeständig, jedoch nicht als alkalibeständig bekannt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung zeigt sich abor, daß phenolische Hydroxylgruppen der Polymerschicht zwar mit K⁺- und Nationen der Porenflüssigkeit reagieren, daß dabei jedoch das Netzwerk nicht zerstört wird und auch nicht quillt. Durch die Pufferwirkung der Wasserstoffbrücken wird in der Porenflüssigkeit der Verbundmatrix die wirksame Alkalikonzentration erheblich reduziert, wodurch sich die Langzeitbeständigkeit des Verbundwerkstoffs ergibt.

Autführungsbelsplel

20kg Portlandzement PC400 mit der chemischen Zusammensetzung (% Masseanteil) 20,6 SiO]! 0,3 TiO₁; 7,1 AI₂O); 2,3 Fe₂O₁: 0,04 MnO; 0,12 MgO; 65,5 CaO; 0,2 Na₂O; 1,1 K₂O; 1,1 SO₁; Glühverlust 0,3 werden mit 20kg Glassand {Korndurchmesser 1 mm), 36g Betonverflüssiger und 7 Liter Wasser zu einem gut fließfähigen Mörtel gemischt. Dem Mörtel werden Stapelfasern aus Ε-Glas mit einer Länge von 30mm in Masseanteilen von 10% zugegeben. Die Glasfasern sind mit einer 10%igen wäßrigen Lösung eines MgO-Resols und 0,5% Aminopropyl-Metoxysilan beschichtet. Mittels eines Glasfaser-Bindemittel-Spritzaggregates werden Glosfaser-Zement-Platten der Größe 60cm χ 60cm χ 1cm hergestellt. Die Biegezugprüfung dos Faser-Zement-Verbundes ergibt nach 29 Tagen Lagerung in 333 K heißem Wasser eine Festigkeit von 23,3 MPa.

Claims (3)

1. Verbundwerkstoff, bestehend aus einem silikatischen Bindebaustoff und beschichteten anorganischen Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern einen Überzug von 0,8 bis 10% Masseanteilen, bestehend aus einem mit Oxiden und oder Salzen zweiwertiger Metalle und/oder Aminen katalysierten PF-Resol und ggf. 0,1 bis 1,0% Masseanteilen eines haftvermittelnden Silans und ggf. 0,1 bis 1,0% Masseanteilen eines kationischen Netzmittels besitzen, wobei die beschichteten Fasern einen Masseanteil von 0,2 bis 20% im Verbundwerkstoff haben.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern aus C-Glas oder Ε-Glas oder AR-Glas oder mineralischen Schlacken oder natürlichen Gesteinen bestehen.

3. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern als Faserstrang und/oder Stapelfasern und/oder textile Flächengebilde eingesetzt werden.