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Verfahren zum Herstellen verstärkender Zuschlagstoffe für anorganische
Zemente.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen verstärkender
Zuschlagstoffe ftlr anorganische Zemente.
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Zur Verbesserung der Festigkeit von Zementgefügen, insbesondere zur
Erzielung einer verbesserten Schlagfestigkeit, wurde bereits vorgeschlagen, beispielsweise
Gummilatex oder Kunstharzemulsionen verschiedener Arten oder anorganische Fasern,
wie Eisenspäne, Asbestfaaern und Glasfasern, dem Zementmörtel beizumischen. Diese
Materialien weisen Jedoch gewisse Nachteile auf, weshalb sie nicht universell als
Zuschlagstoffe zum Verstärken von Zement verwendbar sind.
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Andererseits wurde bereits vorgeschlagen, Wasser und alkaliwiderstandsfänige
Kunststoffasern, welche anschließend entwickelt wurden dem Mörtel beizumlschen oder
es wurden Netzwerke aus Fasern lagenweise in dem Martel aufgeschichtet, um die Schlogfestgkeit
des Zements zu verbessern, Bei Verwendung bestimmter Arten von Kunststoffasern konnte
damit eine gewisse Verbesserung der Schlagfestigkeit des Zements erreicht werden.
Da nun die
Fasern zu diesem Zweck eine hohe Wasser und Alkalifestigkeit
und auch eine hohe Stabilität aufweisen müssen, binden sie sich nur sehr schwer
mit dem Zementbrei, und zwar infolge ihres hydro phobischen Verhaltens, das etwa
der Wasserfestigkeit entspricht, was zur Folge hat, daß diese Fasern leicht aus
dem getrockneten Mörtel, welchem sie beigemischt wurden, herausgezogen werden können,
so daß sie nicht zu einer Verbesserung der Zug-, Biege-und Druckfestigkeit beitragen.
Weisen die dem Mörtel beigemischten Fasern eine geringe Dichte auf, dann ist ihre
gleichmäßige Verteilung in dem Mörtel nur sehr schwer erzielbar; im Regelrall werden
derartige Fasern an der Oberfläche des Mörtels schwimmen, was zum Ergebnis hato
daß das Erzeugnis keine gleichmäßigen physikalischen Eigenschaften besitzt.
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Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung von Zuschlagstoffen fUr die Verstärkung
von anorganischen Zement ten in Vorschlag zu bringen, welches die vorerwähnten Nachteile
vermeiden läßt, und zwar insbesondere die Nachteile bei der Verwendung von Kunststoffasern
als Zuschlagstoffe.
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Nach der Erfindung werden die verstärkenden Zuschlagstoffe für anorganische
Zemente durch ein Mischen von einem oder mehreren Polymeren in Tabletten- oder Pulverform
hergestellt, die aus der Gruppe Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid und
Polyamid ausgewählt werden. Diesem Gemisch wird weiterhin beigemischt ein Misehpolymer
aus Styrol und Acrylonitril und eine kleine Menge an hydrofilem Schaumerzeuger,
letzterer vorzugsweise in einer Menge zwischen O,1 und 3,0 %. Falls erforderlich,
wird gegebenenralls auch eine kleine Menge eines Stabilisators, wie eines Metallsalzes
einer einwertigen hdheren Fettsäure, dem Gemisch zugesetzt. Diesem Gemisch werden
geeignete Mengen an Wassertement, wie Portlandzement, und weißem Portlandzement
oder anorgenisehen Pulvern zugefügt, welche bei einer Temperatur von etwa 300°C
stabil sind, wie Siliziumpulver, woran sich dann ein
intensives
Mischen dieses Gemisches anschließt, das entweder in einem Spinnen des geschmolzenen
Gemisches zuFasern mit vollem, kreisförmigen oder nicht kreisförmigem Hohlquersehnitt
und einem anschließenden Ziehen oder Kräuseln der Fasern besteht oder aber auch
in einem Extrodieren des geschmolzenen Gemisches zu einer dünnen Folie und einem
anschließenden Ziehen und Aurspalten dieser Folie in Fasern, die dann abschließend
zu zweckmäßigen Teillängen geschnitten werden.
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Hinsichtlich des im Rahmen des erfindungsgemäßen Gemisches Verwendung
findenden hydrofilen Schaumerzeugers muß gewährleistet sein, daß dieser bei den
angegebenen hohen Temperaturen stabil ist und sich mit den Kunststoffasern vermischen
läßt. Geeignet ist hierbei ein Metallsalz eines amphotären Schaumerzeugers vom Triamintyp
und ein Sorbit-Monostearat, welche Mittel nacht nur eine wesentlich verbesserte,
gleichörmige Vermischung der anorganischen Pulver mit den Kunstharzen zur Ermöglichung
einer erleichterten Extrosion bzw. eines erleichterten Spinnens des geschmolzenen
Gemisches erlauben, sondern vielmehr auch den Berührungswinkel zwischen Wasser und
der Oberfläche.der Fasern verkleinern, so daß die Leerräume zwischen dem Zementbrei
una de Fasern, hervorgerufen durch deren hydrophobisches Verhalten, verringert werden
und deshalb die physikalische Festigkeit des ZementgefUges wesentlich verbessert
wird.
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Anstelle des vorerwähnten hydrofilen Schaumerzeugers kann auch ein
Material mit großer Schmierfähigkeit verwendet werden1 wie flüssiges Paraffin, um
den Spinn- oder Extrosionsvorgang des-geschmolzenen Gemisches aus Kunstharzen und
anorganischen Pulvern zu verbessern. Im Falle der Verwendung von Polyvinylchlorid
als Material für die Kunsstoffasern ist die Zusetzung kleiner Prozen -mengen eines
Stabilisators, wie eines Metallsalzes von einwertigen höheren Fettsäuren, erforderlich,
um das Spinnen bzw. die Extrosion der geschmolzenen Materialien zu erlauben. - -
In
den Fasern, die durch ein Spinnen des Gemisches aus Kunstharzen, hydrofilem Schaumerzeuger,
gegebenenfalls zugesetztem Stabilisator und~anorganischen Zusätzen erhalten werden,
bzw in den dünnen Foli,en, die durch ein Extrodieren desselben Gemisches erhalten
sind, sind im nichtgezogenen und nichtgekräuselten Zustand die Pulver der anorganischen
Substanz gleichförmig verteilt und fest mit dem Kunstharz verbunden, das jedes anorganische
Teilchen filmartig umhüllt, so daß dessen Bindefähigkeit im Vergleich zu derjenigen
der Fasern selbst nur um Weniges verdessert ist'. Werden die Fasern oder Folien
nun aber gemäß des erfindungsgemäßen Vorschlages gezogen oder gekräuselt, dann wird
dadurch nicht nur deren Festigkeit verbessert, es werden vielmehr auch Teilmengen
der anorganischen Pulver aus dem sie umhflllenden Kunstharz aufgeschlossen, indem
bei einem derartigen Ziehen oder Kräuseln die die Teilchen umhüllenden Filme teilweise
aufgebrochen werden, so daß es zu einer festen Bindung mit dem Zementbrei kommt
und gleichzeitig dessen Dichtigkeit wesentlich dadurch erhöht wird, daß die hochdichten
anorganischen Pulver den niedrigdichten Kunstharzen zugesetzt werden» um so eine
gleichförmige Verteilung nicht nur in dem Zementbrei, sondern auch in den gesponnenen
Fasern bzw. in den extrodierten Folien zu begünstigen. Ein-weiterer Vorteil dieses
Ziehens ist bei der Extrosion'des Gemisches zur Folie darin geseben,»daA diese anschließend
leichter aufgespaltet werden kann.
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Praktisch durchgeführte Versuche haben ergeben, daß derart hergestellte
verstärkende Zuschlagstoffe bei ihrer Vermis^hung mit einem Zementbrei nach einem
Schneiden in geeignete Mengen eine gleichförmige Verteilung in dem Zementbrei erfahren,
wobeiwes zu keinem Schwimmen der Fasern an dessen Oberfläche kommt und auch zu keinem
Ausilocken. Die Fasern sind im bloßgelegten Bereich der anoranischen Pulver fest
an den Zement gebunden, wobei diese feste Bindung zwischen Fasern und Zementbrei
haupt sächlich auf eine Reduzierung der Leerräume zwischen diesen durch die Wirkung
des hydrofilen Schaumerzeugers zurückzurühren
ist, wobei wiederholt
werden darf, daB derartige Leerräume durch das hydrophobische Verhalten der Kunstharze
hervorgerufen werden Die erfindungsgemäßen Zuschlagstoffe erhöhen nicht nur die
Schlagfestigkeit von Zement, sie verbessern auch beträchtlich dessen Zug-, Biege-
und Druckfestigkeit.
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Beispiel 1: 69,5 Gew.-% Polypropylen in Tablettenform, Q,5 Gew.-«
Schaumerzeuger vom Triamintyp und 30 Gew.-« normalen Portlandzements wurden miteinander
vermischt. Andererseits wurden 69,5 Gew.-% Nylon in Tablettenform, 0,5 Gew.-% Schaumerzeuger
vom Triamintyp und 30,0 Gew.-% normalen Portlandzements miteinander vermischt. Diese
Gemische wurden dann geschmolzen, gesponnen, gezogen und ZU Fasern einer Länge von
etwa 15 mm geschnitten, um so zwei Arten von verstärkenden Zuschlagstoffen zu erhalten.
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Jeder dieser Zuschlagstoffe wurde in einer Menge von 3 Gew.-% einem
Zementuörtel aus 100 Teilen normalen Portlandzements, 300 Teilen,Sand und 55 Teilen
Wasser zugesetzt, aus diesem Gemisch wurde ein Formkörper gebildet. Dieser Formkörper
Wurde aus seine Form nach 24 Stunden herausgenommen und dann in feuchter Atmosphäre
(20 # 2°C, 93 bis 95 % relative Feuchtigkeit) über sechs Ta8e feucht gehalten. Anschließend
wurde dieser Körper-nach dem Charpy-Verfahren getestet, die Ergebnisse sind in den
nachfolgen den Tabellen 1 und 2 festgehalten.
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Tabelle 1 Beziehung zwischen Schlagkraft und Rissbreite ( in mm) Rissbreite
(mm) Schlagkraft (kg-m) 0.60 1.50 2.25 ohne Zuschlagstoffe o.14 -Zuschlagstoff mit
0.01 0.25 0.9) Polypropylen Zuschlagstoff mit 0.01 0.25 0.93 Nylon Tabelle 2 Beziehung
zwischen Schlagkraft und Rissbreite (in mm) Rissbreite (mm) Schlagkraft (kg-m) 0.50
1.00 1.50 2.25 ohne Zusohlagstorfe 12.0 Zuschlagstoff mit 0.0 8.0 12.0 14.4 Polypropylen
Zuachlagstoft mit Nylon 2.0 12.0 14.5 16.0
Beispiel 22 69,5 Gew.-
Polypropylen, 30,0 Gew.- normalen Portlandzements und 0,5 Gew.-% Schaumerzeuger
vom Triamintyp wurden miteinander vermischt und dann geschmolzen. Die Schmelze wurde
dann zu Fasern gesponnen, anschließend auf die dreifache Länge gezogen und schließlich
zu Längen zwischen 10 und 15 mm geschnitten. 3,0 Gewichtsteile dieses verstärkenden
Zuschlagstoffes wurden dann einem Zementmörtel aus 100 Teilen normalen Portlandzements,
65 Teilen Wasser und 200 Teilen Sand zugemischt, aus welchem Gemisch anschließend
ein Formkörper gebildet wurde. Dieser Formkörper wurde aus seiner Form.nach 2 Tagen
herausgenommen, dann mit einem Polyäthylensack umhüllt und anschließend über 7 Tage
in einem Raum von 2dt ° C feuchtgehalten. Danach wurde die Festigkeit dieses Körpers
hinsichtlich seiner Zug-, Biege- und Druckfestigkeit getestet, wobei man sich des
Testverfahrens zur Feststellung der physikalischen Eigenschaften von Mörtel nach
der Japanischen Industrienorm JIS K-5201 bediente. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle 3 in ihrem Verhältnis zu einem Mörtel ohne die erfindungsgemäßen Zuschlagstoffe
festgehalten.
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Tabelle 3 Stärke der Fasern Verhältnis der Festigkeiten (Denier)
Zug- Biege- > Druckohne Zuschlagstoffe 1.00 1.00 1.00 137 Denier 1.21 1.17 1.08
215 Denier 1.18 1.05 1.15
Beispiel 3: Im Rahmen dieses Beispieles
wurden Vergleichsversuche mit einem verstärkenden Zuschlagstoff gemäß Beispiel 2
gemacht mit 100%igen Polypropylenfasern (aus der Schmelze gesponnen und anschließend
gezogen) und Fasern durchgeführt, die durch ein Spinnen einer
Schmelze erhalten wurden, welche Zement und Polypropylen enthielt, wobei jedoch
die Fasern nicht gezogen wurden. In allen drei Fällen wurde eine etwa gleiche Stärke
der Fasern eingehalten und es wurde dann die Festigkeit des Formkörpers getestet,
der wie im Beispiel 2 hergestellt wurde. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle 4 im Verhältnis zu denjenigen mit einem Mörtel ohne Zuschlagstoff festgehalten.
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Tabelle 4 Verhältnis der Festigkeiten Faserstärke Zug- Biege- Druckohne
Zuschlagstoffe - 1.00 1.00 1.00 100% Propylen 133 - 0.87 - 0.88 0.84 nicht gezogen
130 0.89 0.86 0.85 Zuschlagstoff gemäß 137 ' 1.19 1.18 1.08 Erfindung Aus den vorstehenden
Beispielen ist herleitbar, daß bei Zufügung der verstärkenden Zuschlagstoffe gemäß
Erfindung nicht nur die Schlagfestigkeit des Zements wesentlich verbessert werden
kann, sondern auch dessen Zug-,Biege- und Druckfestigkeit. Diese Eigenschaften kdnnen
nicht erwartet werden, wenn man nur die Fasern der angegebenen Art zusetzt. Die
Stärke und die Länge der verstärkenden Zuschlagstoffe hängt natürlich von dem für
die
Fasern gewählten Material ab und weiterhin von dem jeweiligen
Einsatzgebiet. Eine Stärke von mehr als 50 Denier wird für die Fasern im Rahmen
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens derartiger Zuschlagstoffe für Zement
für zweckmäßig erachtet.
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Diese Zuschlagstoffe für anorganische Zemente eignen sich insbesondere
fUr einen Zusatz bei der Fertigung von leicht brechenden Gipsplatten.
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Beispiel 4: 69,5 Gew.-% Nylon 6 in Tablettenform und 0,5 Gew.-% Schaumerzeuger
vom Triamintyp wurden 30,0 Gew.- weißen Portlandzements zugemischt, das einer starken
Mischung unterworfen wurde. Das Gemisch wurde anschließend bei einer Temperatur
zwischen 220 und 250°C geschmolzen und dann zu Fasern von kreisförmigem Querschnitt
eines Durchmessers von etwa 0,4 mm gesponnen. Nach ihrer Kühlung wurden diese Fasern
auf eine vierfache Länge gezogen, wobei sie einen Durohmesser von etwa 0,2 mm erhielten,
anschließend wurden sie zu Teillängen von etwa 15 mm geschnitten und bildeten so
den verstärkenden Zuschlagstoff gemäß Erfindung für anorganische Zemente, welche
ebenfalls eine hohe Schlagfestigkeit und eine hohe Zug-, Biege- und Druckfestigkeit
aufwiesen.
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Beispeil 5: Einem Gemisch aus gleichen Mengen Polyäthylen und Polypropylen
in Tablettenform in der Gesamtmenge von 69,5 Gew.-% wurde 0,5 Gew.- Schaumerzeuger
vom Triamintyp zugesetzt und dieses Gemiach wurde dann mit 30,0 Gew.- normalen Portlandzements
intensiv vermischt. Das intensive Gemisch wurde anschließend bei 2800 C geschmolzen
und dann zu einer Folie extrodiert. Nach der AbkUhl:,ng dieser Folie wurde diese
auf ihre sechsfache Länge gesogen und anschließend in Fasern aufgespaltet, die dann
auf eine Lunge von 10 mm geschnitten wurden, um sie als verstärkende Zuschlagstoffe
anorganischen Zementen zusetzen zu können.
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Beispiel 6: Einem Gemisch aus 69,5 Gew.-% Polyvinylchlorid in Pulverform,
4,0 Gew.-% Zinkstearat und 1,5 Gew.-% Sorbit-Monostearat wurden 25,0 Gew.-% Quarzsand
in feiner Pulverform zugefügt. Das intensiv vermischte Gemisch wurde dann bei 150°C
geschmolzen und anschließend zu Fasern mit hohlem Querschnitt gesponnen, die dann
abgekühlt wurden. Die abgekühlten Fasern wurden auf ihre zweifache Länge gezogen
und dann zu Teillängen von 15 mm geschnitten diese kurzgeschnittenen Fasern wurden
wiederum als verstärkender Zuschlagstorf für anorganische Zemente verwendet.