DE19860335B4

DE19860335B4 - Betonverstärkende Faser

Info

Publication number: DE19860335B4
Application number: DE1998160335
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Yasucho Nishio; Yoshihiro Moriyama Nakai
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: DE19860335A1; TW542859B

Abstract

Betonverstärkende Faser, die eine Polyolefinfaser umfaßt, welche eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa und ein Salz einer höheren C_8-22-Fettsäure in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyolefinfaser, an der Polyolefinfaser haftend aufweist.

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf betonverstärkende Fasern, die hervorragende betonverstärkende Effekte haben. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf betonverstärkende Fasern, die in geeigneter Weise für Beton-Formteile, hauptsächlich für Baumaterialien, z.B. Bauplatten und Fliesen, verwendet werden.

Gehärteter Zement wird wegen seiner hervorragenden Eigenschaften, z.B. Druckfestigkeit, Haltbarkeit und Unverbrennbarkeit und zusätzlich wegen der niedrigen Kosten auf einer ganzen Reihe von Gebieten des Bauwesens, des Ingenieurbaus und dgl. verwendet. Er ist allerdings mit Nachteilen behaftet, wie z.B. dem, daß er eine spröde Substanz ist, so daß er eine beachtlich geringe Biegebeständigkeit hat; außerdem ist seine Schlagzähigkeit schwach, so daß er bei Anwendung von Zugspannung oder Biegespannung leicht bricht oder reißt.

Im Hinblick auf eine Überwindung solcher Probleme wurde in jüngerer Zeit eine Verwendung von verschiedenen anorganischen Fasern und synthetischen organischen Fasern als zementverstärkende Fasern vorgeschlagen. Sie wiesen noch keine zufriedenstellenden betonverstärkenden Effekte auf, da ihre Eigenschaften nicht wirksam ausgenutzt werden konnten oder ihre Nachteile verhinderten, daß sie ausreichende Effekte zeigten. Polyolefinfasern können z.B. vorteilhaft für die Verstärkung von Beton eingesetzt werden, da sie Alkalibeständigkeit und Wärmebeständigkeit aufweisen und zusätzlich einem Autoklavenhärten oder Dampfhärten unterzogen werden können. Andererseits hat die Polyolefinfaser eine hydrophobe Oberfläche, die eine gute Haftung mit einer hydrophilen Zementmatrix stört; außerdem hat sie eine schlechte Dispergierbarkeit in der Zementaufschlämmung. Als Stand der Technik zur Lösung dieser Probleme ist eine Technik zur Verbesserung der Affinität zu Zement bekannt, bei der die Oberfläche von Fasern mit einem oberflächenaktiven Mittel oder dgl. behandelt wird [JP-A-4-21556 (der Ausdruck "JP-A", wie er hier verwendet wird, meint eine "ungeprüfte veröffentliche japanische Patentanmeldung"), JP-A-5-170497, PCT WO90/06902 und dgl.]. Die in diesen Literaturstellen beschriebenen Fasern weisen gute betonverstärkende Effekte auf, allerdings besteht ein Bedarf für Betonformteile, die hinsichtlich der Biegefestigkeit und Schlagfestigkeit weiter verbessert sind.

Obgleich in den letzten Jahren verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung vorgeschlagen wurde, z.B. eine Verbesserung der Dispergierbarkeit oder der Affinität einer Faser; eine Verbesserung bei den verstärkenden Wirkungen durch unregelmäßige Gestaltung des Querschnitts der Faser, Ausbildung von hervorstehenden Teilen oder Knoten an der Oberfläche der Faser oder Ausbildung eines Films aus einer anderen Komponente an der Oberfläche; eine Verbesserung der Festigkeit der Faser; Kneten einer anderen Komponente in die Faser und Spezialisierung des Ausgangsmaterials, sind diese bisher noch nicht zufriedenstellend.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer betonverstärkenden Faser, die eine große Schlagabsorptionsenergie hat, verbesserte Affinität und Dispergierbarkeit zu der Zementmatrix aufweist und die Verbesserungen bei der Biegefestigkeit, Druckfestigkeit und insbesondere bei der Schlagzähigkeit eines Beton-Formteils zustande bringt.

Im Hinblick auf die Lösung der obigen Aufgabe haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt. Als Resultat wurde basierend auf der Beziehung zwischen den physikalischen Eigenschaften einer Polyolefinfaser und der Verstärkung von Beton festgestellt, daß, da die Polyolefinfaser, die sowohl eine in hohem Maße aufrechterhaltene Festigkeit wie auch Dehnung und mindestens einen vorher festgelegten Youngschen Modul hat, zur Verbesserung der Biegefestigkeit und auch der Schlagzähigkeit des Betonformteils wirksam ist, und in Kombination mit der oben angegebenen Bedingung, Haften eines Salzes einer höheren C_8-22-Fettsäure an der Oberfläche der Polyolefinfaser, die Schlagabsorptionsenergie der Faser erhöht, die Affinität und Dispergierbarkeit mit der Zementmatrix verbessert und eine drastische Verbesserung der Biegefestigkeit und Druckfestigkeit, insbesondere Schlagzähigkeit des Beton-Formteils zustande bringt; eine solche Polyolefinfaser ist als betonverstärkende Faser geeignet, und ein Betonformteil, das unter Verwendung der Faser hergestellt wird, hat hervorragende Schlagzähigkeit, was zu einer Vollendung der vorliegenden Erfindung führt.

Im Hinblick auf eine Überwindung der oben beschriebenen Probleme hat die vorliegende Erfindung den folgenden Aufbau:

(1) Betonverstärkende Faser, die eine Polyolefinfaser umfaßt, welche eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa und ein Salz einer höheren C_8-22-Fettsäure in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf der Gewicht der Polyolefinfaser, an der Polyolefinfaser haftend aufweist.
(2) Betonverstärkende Faser, wie sie oben in (1) beschrieben ist, wobei die Polyolefinfaser eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 7 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 70% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 4,41 GPa hat.
(3) Betonverstärkende Faser, wie sie oben in (1) oder (2) beschrieben ist, wobei die Polyolefinfaser eine Polypropylenfaser ist.
(4) Betonverstärkende Faser, wie sie oben in einem der Absätze (1) bis (3) beschrieben ist, wobei das Salz mindestens ein Alkalimetallsalz ist, das aus der Gruppe bestehend aus Natriumsalzen, Lithiumsalzen und Kaliumsalzen, Alkylaminsalz oder Alkylammoniumsalz ausgewählt ist.
(5) Betonformteil, das die betonverstärkende Faser, wie sie oben in einem der Absätze (1) bis (4) beschrieben ist, enthält.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend spezifischer beschrieben.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit eine betonverstärkende Faser bereitgestellt, welche eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einezlfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa hat und ein Salz einer höheren C_8-22-Fettsäure in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyolefinfaser, an der Polyolefinfaser haftend aufweist.

Nach einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine betonverstärkende Faser bereitgestellt, die eine Polyolefinfaser umfaßt, welche eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 7 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 70% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 4,41 GPa hat und welche das oben beschriebene Salz einer höheren Fettsäure in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyolefinfaser, an der Polyolefinfaser haftend aufweist. Als Salz einer höheren Fettsäure kann mindestens ein Alkalimetallsalz, das aus der Gruppe bestehend aus Natriumsalzen, Lithiumsalzen und Kaliumsalzen ausgewählt ist, verwendet werden. Alternativ kann ein Alkylaminsalz, für das ein primäres Aminsalz, ein sekundäres Aminsalz oder ein tertiäres Aminsalz typische Beispiele sind, oder ein Alkylammoniumsalz, beispielsweise ein quaternäres Ammoniumsalz, verwendet werden. Zusätzlich kann auch ein Salz eines zweiwertigen Metalls, z.B. von Calcium, Magnesium oder Barium, eingesetzt werden.

Als Polyolefinfaser, die ein Baismaterial der betonverstärkenden Faser der vorliegenden Erfindung ist, kann eine Einkomponentenfaser, die aus einer einzigen Komponente besteht, und eine Verbundfaser, die aus zwei oder mehreren Komponenten besteht und die zu einer beliebigen Nebeneinander-Struktur, Mantel-Kern-Struktur oder zu einer exzentrischen Mantel-Kern-Struktur geformt ist, verwendet werden. Es gibt keine besondere Beschränkung, die der Polyolefinfaser auferlegt ist, sofern sie eine Faser ist, die aus Polyolefin als Rohstoff besteht und die eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa hat. Der Rohstoff für die Faserkomponente kann ein Homopolymer, das nur aus Propylen-Einheiten besteht, oder ein Propylen-Copolymer, das Ethylen-Einheiten oder andere Olefin-Einheiten, die mindestens 5 Kohlenstoffatome haben, z.B. Buten-1, Penten-1, 4-Methylpenten-1, Hexen-1 und Octen-1 in einer Menge von nicht mehr als 2 Gew.-% enthält, oder Copolymere mit dem anderen Olefin, sein. Alternativ kann das Rohmaterial ein Gemisch aus dem obigen Harz mit einem kristallinen statistischen Copolymer oder Blockcopolymer aus Propylen mit Ethylen oder anderem Olefin sein.

Es ist möglich, dem Polyolefinharz, das zu der vorliegenden Erfindung in Beziehung steht, einen Zusatzstoff, z.B. ein Antioxidationsmittel, einen Lichtstabilisator, einen UV-Absorber, ein Neutralisationsmittel, ein Nukleierungsmittel, einen Epoxy-Stabilisator, ein Gleitmittel, ein Bakterizid, eine Flammenschutzmittel, ein Antistatikum, ein Pigment oder einen Weichmacher bei Bedarf in einem Ausmaß, der die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht stört, zuzusetzen.

Als nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahren zur Herstellung der Polyolefinfaser, die eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von 2,45 GPa hat, und die als Basis der erfindungsgemäßen betonverstärkenden Faser verwendet wird, gegeben. Die Faserspinntemperatur liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 250 und 350°C; allerdings ist ein Schmelzspinnen bei einer Temperatur, die innerhalb des obigen Bereichs möglichst hoch ist, erwünscht, da dies die Herstellung eines ungereckten Garns erlaubt, in dem die Molekülorientierung des Polymers, das die Faser bildet, unterdrückt wurde. Eine Spinntemperatur, die niedriger ist als der oben genannte Bereich, ist nicht bevorzugt, da ein Abschrecken des geschmolzenen Polyolefins in der fasrigen Form nach Extrudieren aus der Spinndüse eines Extruders eine große Verformung der Faser bei der Verfestigung bewirkt; die Molekülorientierung des resultierenden ungereckten Garns würde damit begünstigt. Andererseits fördert eine Spinntemperatur, die über dem obigen Bereich liegt, die Zersetzung des Polyolefinharzes drastisch, was nicht nur auf ein Aufschäumen der Faser bewirkt, was es schwierig macht, ein ungerecktes Garn mit guter Reckbarkeit zu erhalten, sondern auch die Molekülkette der Faser durchtrennt, was das Molekulargewicht der Faser verringert und es unmöglich macht, die Faser zu einer Polyolefinfaser mit in hohem Maße aufrechterhaltener Festigkeit und in hohem Maße aufrechterhaltenem Youngschen Elastizitätsmodul zu recken.

Zum Kühlen des geschmolzenen Polyolefins in der Faserform nach dem Extrudieren auf eine Temperatur nicht über seinem Schmelzpunkt ist es möglich, ein herkömmliches Verfahren anzuwenden, z.B. Kühlen in einem Medium wie z.B. Luft, Wasser oder Glycerin. Um die Orientierung eines ungereckten Garns so weit wie möglich zu unterdrücken, ist eine Kühlung in der Luft und kein rasches Abschrecken in einer Flüssigkeit vorteilhaft. Die Temperatur und die Strömung der Luft können nach Wunsch eingestellt werden, allerdings ist es zum Erhalt eines ungereckten Garns mit stärkerer Orientierungsunterdrückung bevorzugt, ein langsames Kühlen mit einem schwachen Luftstrom und keiner übermäßig niedrigen Temperatur durchzuführen. Ein solches langsames Abkühlen macht es möglich, Kristallstrukturen höherer Ordnung zu bilden, worin die Lamelle bezüglich der Richtung der Faserachse vertikal angeordnet wurde; daher ist dieses Kühlen bevorzugt.

Die Reckgeschwindigkeit des ungereckten Garns ist vorzugsweise 200 bis 1000 m/min. Bei dieser Geschwindigkeit ist die Verformung des geschmolzenen Polyolefins in der Faserform bei der Härtetemperatur gering und eine Orientierung wird unterdrückt. Selbst innerhalb des obigen Bereichs ist ein Recken bei einer möglichst niedrigen Geschwindigkeit bevorzugt. Wenn die Reckgeschwindigkeit über dem obigen Bereich liegt, ist die Verformung des geschmolzenen Polyolefins in der Faserform bei der Verfestigung groß und es wird ungerecktes Garn mit beschleunigter Orientierung gebildet, was die Reckeigenschaften verschlechtert und es unmöglich macht, die Faser mit hohem Reckverhältnis zu recken. Wenn die Reckgeschwindigkeit andererseits unter dem obigen Bereich liegt, ist kein einheitliches ungerecktes Garn erhältlich, da die Tropfgeschwindigkeit des geschmolzenen Polyolefins, dessen Schmelzviskosität durch Hochtemperaturfaserspinnen reduziert wurde, geringer wird als seine natürliche Tropfgeschwindigkeit.

Die Polyolefinfaser, die ein Basismaterial der betonverstärkenden Faser ist, kann so geformt sein, daß sie einen kreisförmigen Querschnitt oder einen Querschnitt mit einer anderen Form hat. Als andere Form kann irgendeine beliebige flache, eckige von dreieckig bis oktagonal, Form, T-Form, Mehrfolienform und eine hohle Form verwendet werden; für sie gibt es keine besondere Beschränkung.

Als nächstes wird eine Beschreibung für das Recken angegeben. Eine Polyolefinfaser, die hohe Festigkeit, hohe Dehnung und einen hohen Youngschen Elastizitätsmodul hat, wird durch Recken des ungereckten Polyolefingarns, das durch das oben beschriebene Verfahren gebildet wird, erhalten. Das ungereckte Polyolefingarn wird nach einem bekannten Verfahren z.B. durch Recken mit beheizter Walze, Heißwasserrecken oder Recken mit geheizter Platte gereckt. Das Recken kann nach einem beliebigen der folgenden Verfahren durchgeführt werden, z.B. Einstufenrecken, Zweistufenrecken und Mehrstufenrecken; ein Recken in mindestens zwei Stufen ist allerdings gegenüber dem in einer Stufe bevorzugt. Selbst beim Einstufenrecken kann eine Polyolefinfaser, die der Festigkeit, der Dehnung und dem Youngschen Elastizitätsmodul entspricht, wie sie in der vorliegenden Erfindung definiert sind, wenn das Recken langsam durchgeführt wird, damit die Kristallisation (molekulare Orientierung) des Polymers, das die Faser bildet, nicht plötzlich auftritt. Allerdings ist das Mehrstufenrecken zur Unterdrückung der Polymerkristallisation und zur weiteren Verstärkung der oben beschriebenen Fasereigenschaften vorteilhaft. In Anbetracht der Fertigungsanlage beim Mehrstufenrecken ist das Zweistufenrecken bevorzugt. Das Recken wird in einem relativ niedrigem Temperaturbereich von 50 bis 90°C durchgeführt. Bei Temperaturen über dem obigen Bereich erfolgt rasch eine Orientierung und Kristallisation des ungereckten Garns, während Temperaturen unter dem obigen Bereich die Reckeigenschaften verschlechtern, wodurch ein Recken nicht bei einem Reckverhältnis durchgeführt werden kann, das ausreicht, um der Faser hohe Festigkeit zu verleihen.

Das Reckverhältnis liegt vorzugsweise zwischen 3,8 und 8,0. Ein Reckverhältnis von weniger als 3,8 verringert die Einzelfaser-Fetigkeit und den Youngschen Elastizitätsmodul der resultierenden Faser, während ein Reckverhältnis von über 8,0 die Einzelfaser-Dehnung verringert. Beim Zweistufen-Recken wird vorzugsweise das Recken der ersten Stufe bei einem Reckverhältnis von 40% bis 70%, vorzugsweise von 50 bis 60% des Gesamtreckverhältnisses durchgeführt, das Reckverhältnis der zweiten Stufe wird in einem Ausmaß durchgeführt, der kein Reißen der Faser oder Klümpchen verursacht, dabei wird das Gesamtreckverhältnis so gesteuert, daß es in den oben beschriebenen Bereich fällt. Wenn das Recken der ersten Stufe bei einem Reckverhältnis durchgeführt wird, das beträchtlich über 70% des Gesamtreckverhältnisses liegt, schreitet die Polymerkristallisation beim Recken der ersten Stufe merklich fort. Wenn das Recken der ersten Stufe dagegen mit einem Reckverhältnis durchgeführt wird, das beträchtlich unter 40% des Gesamtreckverhältnisses liegt, kann die Polymerkristallisation beim Recken der zweiten Stufe nicht unterdrückt werden. Selbst wenn das Gesamtreckverhältnis dasselbe ist, kann der Effekt des Zweistufenreckens nicht erwartet werden, es sei denn, die Polymerkristallisation wird in jeder Reckstufe unterdrückt; Einzelfaser-Festigkeit und Einzelfaser-Dehnung einer Polyolefinfaser werden reduziert. Der Ausdruck "Reckverhältnis", wie er hier verwendet wird, meint das Verhältnis der Vorschubwalzengeschwindigkeit zu der Abzugwalzengeschwindigkeit.

Die gereckte Polyolefinfaser kann fakultativ einer Glühbehandlung unterzogen werden. Die Glühbehandlung beinhaltet die Wärmebehandlung bei einer Temperatur nicht höher als in der Nähe des Schmelzpunktes (normalerweise über 100°C) bei einer Spannung, die die gereckte Faser nicht länger macht, und eine Wärmebehandlung im selben Temperaturbereich ohne Spannung. Mit dieser Glühbehandlung kann eine Polyolefinfaser mit verbesserter thermischer Schrumpfung erhalten werden.

Durch die Spinn- und Reck-Verfahren, wie sie oben beschrieben sind, kann eine Polyolefinfaser mit physikalischen Eigenschaften, z.B. Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und Youngschem Elastizitätsmodul von 2,45 GPa erhalten werden. Insbesondere durch Spinnen bei hoher Temperatur und Recken bei niedriger Temperatur oder durch Zweistufenrecken kann eine Polyolefinfaser, die eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 7 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 70% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 4,41 GPa hat, und die als betonverstärkende Faser optimal ist, erhalten werden.

Die Haftung eines Salzes einer höheren Fettsäure an der Polyolefinfaser kann entweder im Spinnschritt oder im Reckschritt ausgeführt werden. Für die Haftung kann das Rollerverfahren, das Tauchverfahren, das Sprühverfahren oder das Schlag-Trocknungsverfahren angewendet werden. Eine Behandlung sowohl im Spinnschritt wie auch im Reckschritt bringt eine gleichmäßige Haftung zustande und ist daher bevorzugt.

Die betonverstärkende Faser gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Salz einer höheren C_8-22-Fettsäure in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyolefinfaser, daran haftend. Mengen des Salzes einer höheren Fettsäure von weniger als 0,1 Gew.-% verursachen keine ausreichenden verstärkenden Effekte. Bei Mengen, die 5 Gew.-% übersteigen sind dagegen die Wirkungen gesättigt, Biegefestigkeit, Schlagzähigkeit und Schlagabsorptionsenergie von Beton erreichen ein Gleichgewicht. Außerdem macht eine derartige überschüssige Menge die Oberfläche der Faser klebrig; dies verschlechtert die Produktivität, so daß dies unter dem wirtschaftlichem Gesichtspunkt zur praktischen Verwendung nicht notwendig ist.

Da die betonverstärkende Faser gemäß der vorliegenden Erfindung eine Polyolefinfaser umfaßt, die eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa hat, und das oben beschriebene Salz einer höheren Fettsäure daran haftend enthält, hat sie verbesserte betonverstärkende Effekte, insbesondere die Schlagzähigkeit verstärkende Effekte.

Je größer die Schlagabsorptionsenergie von Beton ist, desto höher wird die Schlagzähigkeit von Beton. Der Ausdruck "Schlababsorptionsenergie", wie er hier verwendet wird, meint die Energie von der Anwendung von Spannung auf ein Betonformteil bis zum Verschwinden von Bruchspannung.

Da die Polyolefinfaser der vorliegenden Erfindung eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60%, eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa hat, weist sie eine Schlagabsorptionsenergie auf, die höher ist als die herkömmlicher Polyolefinfasern und hat somit auch eine höhere Schlagzähigkeit. Denn die hohe Einzelfaser-Dehnung hält die Festigkeit eines Betonformteils nach Brechen des Betons aufrecht, und die hohe Einzelfaser-Festigkeit und der hohe Youngsche Elastizitätsmodul machen die Anfangsfestigkeit und die Festigkeit eines Betonformteils selbst höher. Da die Polyolefinfaser, die obigen Eigenschaften aufweist, würde die Kombination dieser Eigenschaften in der vorliegenden Erfindung den verstärkenden Effekt eines Betonformteils im Vergleich zu einem herkömmlich synergistisch erhöhen. Wenn die Polyolefinfaser einer Einzelfaser-Dehnung von mindestens 70% und eine Einzelfaster-Festigkeit von mindestens 7 g/d aufweist, zeigt darüber hinaus die Schlagabsorptionsenergie eine drastische Verbesserung, was in einer weiteren Verbesserung der Schlagzähigkeit resultiert. Da die Polyolefinfaser der vorliegenden Erfindung einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa hat, ist sie außerdem gegenüber einem Anfangsschlag resistent und verhindert ihr eigenes Reißen, wodurch die Effekte der Einzelfaser-Festigkeit und Einzelfaser-Dehnung und auch die Effekte des Salzes der höheren Fettsäure vollständig zutage treten können. Der Youngsche Elastizitätsmodul ist vorzugsweise mindestens 4,41 GPa. Es ist erwünscht, den Youngschen Elastizitätsmodul zur Limitierung der physikalischen Eigenschaften der Faser zu erhöhen.

Das Haften des oben beschriebenen Salzes einer höheren Fettsäure an der Oberfläche der Polyolefinfaser verbessert die Affinität mit und die Dispergierbarkeit in Beton. Das Salz einer höheren Fettsäure ist eine Verbindung mit zwei Polaritäten, einer hydrophilen Gruppe und einer hydrophoben Gruppe. Indem bewirkt wird, daß das Salz einer höheren Fettsäure an der Oberfläche der Polyolefinfaser haftet, haben hydrophobe Gruppen der Polyolefinfaser und das Salz einer höheren Fettsäure Affinität, wodurch Bindungskraft erhalten wird. Andererseits stehen sich hydrophile Gruppen des Salzes einer höheren Fettsäure und Zement gegenüber, und das Calciumion im Zement wird durch das Salz aus dem Salz der höheren Fettsäure ersetzt, wodurch sich ein Calciumsalz der höhere Fettsäure bildet, das eine unlösliche und selbsthaftende Substanz ist, wodurch Zementpartikel an der Oberfläche der betonverstärkenden Faser haften. Mit anderen Worten, indem ein Salz einer höheren Fettsäure zwischen die Polyolefinfaser und Zement gebracht wird, wird die Haftung zwischen dem Zement und einer betonverstärkenden Faser fest und die Affinität verbessert, wodurch die betonverstärkende Faser in einfacher Weise in dem Zement zu dispergieren ist. Auf diese Weise ist auch die Dispergierbarkeit im Zement verbessert.

Betonverstärkende Effekte können durch die Verbesserung der Einzelfaser-Dehnung, der Einzelfaser-Festigkeit und des Youngschen Elastizitätsmoduls der Polyolefinfaser oder der Haftung des oben beschriebenen Salzes einer höheren Fettsäure an der Faser erhalten werden; verstärkende Effekte zeigen allerdings eine drastische Zunahme durch den Synergismus zweier dieser Maßnahmen. Die Polyolefinfaser, die eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa hat, ist besonders hervorragend bei den fundanemtalen physikalischen Eigenschaften der Festigkeit; allerdings verbessern synergistische Effekte, die durch die Haftung des oben beschriebenen Salzes einer höheren Fettsäure hervorgebracht werden, das Gleichgewicht zwischen der Polyolefinfaser und dem Salz einer höheren Fettsäure; wodurch die Adsorption des Salzes der höheren Fettsäure an der Oberfläche der Faser" verbessert wird, und auch die physikalischen Eigenschaften (insbesondere Schlagzähigkeit) des Betonformteils drastisch verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend spezifischer durch die Beispiele beschrieben. Was die Bewertung der physikalischen Eigenschaften des Betonformteils angeht, so wurde (1) Biegefestigkeit gemäß JIS-A1408 (1995-1-1) gemessen und (2) die Schlagzähigkeit in Übereinstimmung mit Carpy impact strength-Test nach JIS-B7722 (199-1-1) gemessen.
Die Herstellungsbedingungen für eine Faser und die physikalischen Eigenschaften einer Faser, die in den "Beispielen 1 bis 8, Vergleichsbeispielen 1 bis 8" zu verwenden sind, sind in Tabelle 1 angegeben. Die Einzelfaser-Festigkeit wurde in Übereinstimmung mit JIS-L-1015 (1995-1-1) gemessen. Als Ausgangsmaterial für die Propylenfaser in der Tabelle wurde ein Harz mit einer Fließfähigkeit von 8 g/10 min verwendet. Die Fließfähigkeit wurde gemäß JIS-K7210 (1995-1-1) gemessen. Der Youngsche Elastizitätsmodul wurde durch Analyse der Meßresultate für die Einzelfaser-Festigkeit und -Dehnung errechnet.
BEISPIEL 1
Die Polypropylenfaser (0,18 kg) aus Tabelle 1 (1), 18 kg normaler Portland-Zement und 1 1 Wasser wurden vermischt, dann wurde das resultierende Gemisch unter einem Druck von 120 kg/cm² für 10 s komprimiert, wodurch ein Betonformteil, das eine Größe von 30 cm × 25 cm × 1,1 cm hatte, als eine Probe erhalten wurde. Nachdem das resultierende Formteil in Dampf von 60°C für 5 h gehärtet und dann für 28 h drinnen stehen gelassen worden war, wurde das resultierende Formteil nach jedem der oben beschriebenen Punkte gemessen.
BEISPIEL 2
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (2) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 3
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (3) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 4
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (4) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 5
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (5) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 6
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (6) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 7
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (7) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 8
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (8) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 9
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (9) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (10) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (11) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (12) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 4
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (13) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 5
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (14) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 6
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (15) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 7
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (16) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 8
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die Polypropylenfaser (17) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde ein Beton-Formteil erhalten.
Die Bewertungsresultate für die physikalischen Eigenschaften der Beton-Formteile, die in den Beispielen 1 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 erhalten wurden, sind in Tabelle 2 angegeben.
[TABELLE 2]
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurde festgestellt, daß die in den Beispielen 1 bis 9 erhaltenen Fasern hinsichtlich der betonverstärkenden Effekte ausgezeichnet sind.
Es wurde festgestellt, daß die betonverstärkenden Fasern, die in den Beispielen 7 und 8 verwendet wurden, besonders hervorragende betonverstärken de Effekte aufweisen und denen, die in den Beispielen 1 bis 6 verwendet werden, bezüglich der betonverstärkenden Effekte überlegen sind. Die durch Fasern, die in den Beispielen 1 bis 6 verwendet werden, erzielten verstärkenden Effekte bei Betonformteilen sind zufriedenstellend, was aus den Bewertungsresultaten der physikalischen Eigenschaften beurteilt wird; allerdings zeigen sie eine drastische Verbesserung, wenn die Festigkeit, Dehnung und der Youngsche Elastizitätsmodul der Faser auf mindestens 7 g/d, mindestens 70% bzw. mindestens 4,41 GPa erhöht werden, wodurch die Schlagabsorptionsenergeie beträchtlich gesteigert wird.
Die im Vergleichsbeispiel verwendete Faser weist keine so sehr verstärkende Effekte auf, da die Menge des Salzes der höheren Fettsäure, das daran haftet, weniger als 0,1 Gew.-% ist, wohingegen die in Vergleichsbeispiel 2 verwendete Faser bei der Schlagzähigkeit besonders schlecht ist, da das Salz der höheren Fettsäure nicht daran haftet.
Die in den Vergleichsbeispielen 3 bis 9 verwendeten Fasern haben keine zufriedenstellenden physikalischen Eigenschaften, so daß keine zufriedenstellenden verstärkenden Effekte verfügbar sind. Die in den Vergleichsbeispielen 4, 6 und 8 erhaltenen Fasern weisen keine ausreichenden verstärkenden Effekte auf, da das Salz der höheren Fettsäure nicht an jeder der Fasern haftet. Ihre verstärkenden Effekte sind denen der Vergleichsbeispiele 3, 5 und 7 unterlegen. Die im Vergleichsbeispiel 2 verwendete Faser zeigt physikalische Eigenschaften, die einen ausreichenden Level haben, aber selbst in diesem Fall können keine ausreichenden verstärkenden Effekte erzielt werden, da das Salz der höheren Fettsäure nicht an der Faser haftet. Kurz ausgedrückt, die Vorteile der vorliegenden Erfindung können nur erzielt werden, wenn die Faser, die als physikalische Eigenschaften eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Modul von mindestens 2,45 GPa, bevorzugter eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 7 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 70% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 4,41 GPa hat, einer Oberflächenbehandlung mit dem oben beschriebenen Salz einer höheren Fettsäure unterzogen wird.
[VORTEILE DER ERFINDUNG]
Die betonverstärkende Faser gemäß der vorliegenden Erfindung hat hervorragende betonverstärkende Effekte. Da die betonverstärkende Faser eine hohe Festigkeit und eine hohe Dehnung und einen in hohem Maße aufrecht erhaltenen Youngschen Elastizitätsmodul hat und zusätzlich durch ein spezielles Salz einer höheren Fettsäure eine verbesserte Haftung mit Zement hat, weist sie in ausreichendem Maß verstärkende Effekte in Betonformteilen auf. Demenstprechend ist es möglich, die Festigkeit des Betonformteils zu verbesern. Insbesondere ein hoher Youngscher Elastizitätsmodul erlaubt die Herstellung einer zementverstärkenden Faser, die verbesserte verstärkende Effekte, insbesondere verbesserte Schlagzähigkeit hat.

Claims

Betonverstärkende Faser, die eine Polyolefinfaser umfaßt, welche eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 2,45 GPa und ein Salz einer höheren C_8-22-Fettsäure in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyolefinfaser, an der Polyolefinfaser haftend aufweist.
Betonverstärkende Faser nach Anspruch 1, wobei die Polyolefinfaser eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 7 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 70% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 4,41 GPa hat.
Betonverstärkende Faser nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polyolefinfaser eine Polypropylenfaser ist.
Betonverstärkende Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Salz mindestens ein Alkalimetallsalz ist, das aus der Gruppe bestehend aus Natriumsalzen, Lithiumsalzen und Kaliumsalzen, Alkylaminsalz oder Alkylammoniumsalz ausgewählt ist.
Betonformteil, das die betonverstärkende Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthält.