DE2132794A1 - Mit Latex und Fasern modifizierte Zementmassen mit verbessertem Elastizitaetsmodul - Google Patents
Mit Latex und Fasern modifizierte Zementmassen mit verbessertem ElastizitaetsmodulInfo
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Description
H / W (338) 14,874
The Dow Chemical Company, Midland, Michigan, V.St.Ä.
MIT LATEX UND FASERN MODIFIZIERTE ZEMENTMASSEN MIT VERBESSERTEM ELASTIZITÄTSMODUL
Mit Latex modifizierte Zementmassen, z.B. alt Latex modifizierte Portland-Zementmassen, werden im Baugewerbe
in großem Umfang verwendet, z.B. zur Errichtung, zum Flicken, zum Wiederbelegen und zum Reparieren
von Bauwerken, die Belastungen aufnehmen müssen. Als Beispiele für derartige Bauwerke seien
Strassenbeläge, Start- und Landebahnen von Flugplätzen,
Brückenbeläge und Unterzüge von Fußboden genannt. Mit Latex-modi'fizierte Zementmassen spielen auch bei Bauwerken
eine Rolle, bei denen eine hohe Absorption von mechanischer Energie erforderlich ist, z.B. bei Bauwerken,
die voraussichtlichen Explosionen und Erdbeben oder dem Aufschlag von fliegenden Objekten ausgesetzt
sind. Bei derartigen Bauwerken sind Zementmassen mit
einem möglichst hohen Elastizitätsmodul erwünscht. Durch die Zugabe von Latexmaterialien wird zwar der
Elastizitätsmodul von Zementmassen erhöht, doch genügt eine derartige Erhöhung des Elastizitätsmoduls den gestellten
Anforderungen nicht. 109882/1747
213279A
Man hat auch schon vorgeschlagen, den latexmodifizierten Zementmassen faserförmige Materialien zuzusetzen, wodurch
man in erster Linie ihre Zugfestigkeit erhöhen wollte. Bisher war man aber der Auffassung, dass der Elastizitätsmodul
-„ von einem gegebenen Portland-Zementsystem eine Konstante ist,
ί die durch Zugabe von faserförmigen Materialien nicht wesent-'**
lieh geändert werden kann. Diese Anschauung wird auch durch die Werte gestützt, die später im Zusammenhang mit der
Schilderung der Erfindung in Tabelle I von Beispiel 1 gebracht werden.
Es wurde nun gefunden, dass der Elastizitätsmodul von latexmodifizierten
Zementmassen wesentlich und in unerwarteter Weise durch Zugabe einer bestimmten Mischung von faserförmigen
Materialien erhöht werden kann»
Die unerwartete Verbesserung des Elastizitätsmoduls von latexmodifizierten Portland-Zementmassen erreicht man nach
der Erfindung durch Zugabe von etwa 1,5 bis etwa 3% des Volumens der Masse von einer Fasermischung aus (a) einem
synthetischen Fasermaterial und (b) einem metallischen Fasermaterial, wobei diese Fasermaterialien in der Fasermischung
im Volumverhältnis von (a) zu (b) von 1 : 2 bis 2 : 1 vorhanden sind.
Als Latices kommen für die Zugabe zu den Zementmassen die
für diese Anwendung bekannten, zahlreichen Latices in betracht. Diese Latices sind wässrige kolloidale Dispersionen
von thermoplastischen. Polymerisaten oder Mischpolymerisaten, die man durch Emulsionspolymerisation der in betracht kommenden
Monomeren erhalten kann. Eine andere Möglichkeit besteht
1 09882/1747
darin, dass man sehr fein verteilte Massen derartiger
Polymerisate oder Mischpolymerisate in einem wässrigen System dispergiert. Derartige beständige, wässrige
kolloidale Dispersionen mischt man dem Beton, Mörtel und insbesondere Massen auf Basis von Portland-Zement *
zu. Beispiele von derartigen Latices sind die in der
Technik gut bekannten Latices von folgenden Produkten: Styrol-Butadienmischpolymerisate, Mischpolymerisate
von Vinylidenchlorid mit Vinylchlorid und einem Acrylat, Styrol-Acrylatraischpolymerisate und Polyvinylacetat
. w
Besonders bevorzugte Latices von Vinylidenchloridmischpolyaerisaten
sind in der kanadischen Patentschrift 771,733 (1967) beschrieben. Die aus dieser Patentschrift
bekannten Latices von Vinylidenchloridmischpolymerisaten sind besonders vorteilhaft für Betonmischungen und Mörtel,
die Portland-Zement enthalten, und verleihen diesen Produkten eine höhere Festigkeit und machen sie ausserdem auch
besonders geeignet für die Verwendung in dünnem Auftrag als Spachtelmassen (thin resurfacing applications).
Diese Latices, die für die vorliegende Erfindung von beson- fp
derem Interesse sind, enthalten Mischpolymerisate, in denen das Vinylidenchlorid das Hauptmonomere ist und in der Regel
in Mengen von etwa 50 bis 90 Gew.X vorkommt. Als Comonomeres ist in diesen Mischpolymerisaten mindestens ein Monomeres,
das mit Vinylidenchlorid mischpolymerisierbar ist, in Mengen von etwa 50 bis 10 Gew.7, enthalten. Das mischpolymerisierbare
Comonomere kann dabei der folgenden allgemeinen Formel entsprechen:
10 9 8 3 2/1747
-A-
CH0 » C - X R
in der "R" Wasserstoff oder ein Methylrest und MXH -CN,
ein Halogen mit einer Ordnungszahl von 9 bis 35 oder eine Estergruppe der Formel -COOY ist. In der zuletzt genannten
Formel ist "Y" ein primärer oder sekundärer Alkylrest mit
bis einschließlich 18 Kohlenstoffatomen.
Erläuternde Beispiele für derartige monomere Materialien für die Herstellung der Vinylidenchloridmischpolymerisate
sind: Methylacrylat, Äthylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat,
Isobutylacrylat, tert.-Butylacrylat, Amylacrylat/
tert.-Amylacrylat, Hexylacrylat, 2-Äthylhexylacrylat, Cyclohexylacrylat,
Octylacrylat, Decylacrylat, Dodecylacrylat, Octadecenylacrylat, Methylmethacrylat, Äthylmethacrylat,
Propylmethacrylat, Butylmethacrylat, sek.-Amylmethacrylat,
Octylmethacrylat, Phenylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, 3,5,5-Trimethylhexylmethacrylat, Dodecylmethacrylat, Octadecylmethacrylat,
Butoxyäthylacrylat oder -methacrylat oder andere Alkoxyäthylacrylate oder -methacrylate, Vinylchlorid,
Acrylnitril und Methacrylnitril. Die Latices werden mit den
in der Technik üblichen Feststoffgehalten verwendet.
Besonders geeignet sind Latices aus Vinylidenchlorid, Vinylchlorid
und Äthylacrylat, die die einzelnen Monomeren jeweils im etwa folgenden Verhältnis in Gew.%en enthalten:
70:20:10, 50:40:10 und 75:20:5; ferner ein Latex eines Mischpolymerisates aus Vinylidenchlorid, Vinylchlorid und
2-Hexylacrylat mit den Monomeren in Gew.%en von jeweils
52:35:13; ein Latex mit einem Mischpolymerisat aus Vinylchlorid
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und Acrylnitril ie Verhältnis von etwa 89:11; und insbesondere
ein Latex eines Mischpolymerisates aus etwa 75 Gewichtsteilen Vinylidenchlorid und etwa 20 Gewichtsteilen Vinylchlorid,
etwa 5 Gewichtsteilen Äthylacrylat und etwa 2 Gewichtsteilen Methylmethacrylat. Bei der Erfindung werden
optimale Ergebnisse mit Fasermischungen bei Zementmassen erhalten, die die vorstehenden Latices von Vinylidenchloridmischpolymerisaten
enthalten, aber auch mit Zementmassen, die die gut bekannten Latices von Styrolbutadienmischpolymerisaten
enthalten. Im allgemeinen ist das Gewichtsverhältnis von Latex zu Zement vorzugsweise zwischen etwa 0,1, bei einem reinen Zementsystem,
bis etwa 0,25, bei einem Zementsystem mit üblichen Zusatzstoffen.
Als Zusatzstoffe können Steine, Schotter, Betonmassen (concrete), Siliziumkarbid, Asbest, Glimmer, Talkum,
Flintstein oder Teilchen von Fertigprodukten, wie pulverförmige
keramische Materialien oder beliebige andere Materialien, die den gleichen Zweck wie Sand erfüllen können,
verwendet werden. Für den Fachmann ergibt sich die Auswahl des am besten geeigneten Zusatzstoffes und der vorteilhaftesten
Teilchengröße aus der Zweckbestimmung des fertigen Betons ohne jede Schwierigkeit. W
Die Fasermischungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im allgemeinen in Mengen von etwa 1,5% des Volumens der Masse,
insbesondere bei Systemen ait Zuschlagstoffen, bis etwa 3%
des Volumens der Masse, bei reinen Zementsystemen, verwendet.
Optimale Ergebnisse werden mit solchen Fasermischungen erhalten, bei denen das Verhältnis der Synthesefaser zu der metallischen
Faser im Bereich von etwa 1:2 bis etwa 2:1, bezogen auf das Volumen der Mischung, ist.
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Als Synthesefasern sind beliebige Fasern aus synthetischen Harzmaterialien geeignet, wie Polyamide, z.B. 6,6-Polyamid,
Polyester, wie Polyäthylenterephthalat; Acrylpolymere, wie Acrylnitrilpolymerisate; Vinylpolymere,wie Polymerisate und
Mischpolymerisate aus Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylacetat,
Äthylen, Propylen, Vinylidenfluorid, Tetrafluoräthylen sowie die bekannten Handelsprodukte aus derartigen
Rohstoffen für Synthesefasern, z.B. lfSaran"-Fasern und
"Dynel"-Fasern.
Als Beispiel für metallische Fasern seien Stahlfasern genannt, Es können jedoch auch beliebige andere metallische Fasern
verwendet werden, die einen größeren Elastizitätsmodul als die verwendete Synthesefaser und der verwendete Portland-Zement
haben.
Die Erfindung wird in dem folgenden Beispiel noch näher erläutert.
Für eine Serie von einzelnen Versuchen wurden aus später noch genauer definierten Betonmischungen Stäbe mit den
Dimensionen 5,08 χ 1,27 χ 58,4 cm für Biegeversuche hergestellt.
Jeder Stab wurde 24 Stunden in einer Form, die mit feuchten Schwämmen bedeckt war, gehärtet. Die Stäbe wurden
dann in einer Kammer mit einer Feuchtigkeit von 95 - 100% bei einer Temperatur von 23,9° C aufbewahrt. Die Stäbe aus
mit Latex modifizierten Betonmassen wurden 3 Tage in der Feuchtigkeitskammer gehalten und wurden anschließend noch
zusätzliche 24 Tage bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% bei 22,8° C gehärtet. Stäbe aus Betonmischungen ohne
Zusatz von Latex wurden 27 Tage in einer Rammer mit einer Feuchtigkeit von 95 - 100% bei 23,9° C gehärtet.
10 98827 17AV
Nach dieser Anfangshärtung wurden die Stäbe in einem Ofen bei 93,3° C für 7 Tage getrocknet, um das Wasser aus den
Proben zu entfernen. Dann wurde die Biegefestigkeit bei einer Einspannlänge von 25,4 cm unter Belastung im Zentrum
gemessen. Auf einem Diagramm wurde die Belastung gegen die erreichte Durchbiegung aufgetragen. Bei jedem Prüfstab wurde
der Elastizitätsmodul aus jenem Teil der Kurve, das einem Drittel der Endbelastung entspricht, nach der folgenden
Standardformel berechnet:
(0,07) E =
wl/
4sb
In dieser Formel haben die Symbole folgende Bedeutung: E = Elastizitätsmodul in kg/cm^; w =» Belastung in kg;
L = Einspannlänge in cm; s = Durchbiegung in cm; b = Breite des Teststabes in cm; d - Dicke des Teststabes
in cm.
Für die in der folgenden Tabelle I charakterisierten Versuche wurde der Einfluß der Faserzugabe auf den Elastizitätsmodul
eines nicht durch Latex modifizierten Zementsystems untersucht, wobei für jeden Versuch eine Masse aus den nachstehenden
Bestandteilen verwendet wurde:
Sand
(feiner Zuschlagstoff für Beton,
der nach ASTM durch Sieb Nr. 4
geht)
Portland-Zement
Wasser
Wasser
Gesamtgewicht 109882/174
Absolutes Volumen
Zement
System A
kg
System A
kg
113
Zement System B ■kg
| 45,4 | 45,4 |
| 20,9 | 13,2 |
| 179,3 | 58,6 |
| 78,0 Liter | 27,2 Liter |
Einfluß der Faserzugabe auf den Elastizitätsmodul von nicht mit Latex modifizierten Zementsystemen
Probe Faser Elastizitätsmodul
Zementsystem A Art
Vol.%
1 2 3
° Zementsystem B co
oo 5
-v 6
-3 7 -3 8
6,6-Polyamid(l) Stahl<2)
6,6-Polyamid
Stahl<2>
6,6-Polyamid
Stahl(2>
6,6-Polyamid +
Stahl
(2)
keine
1,75 1,75 0,58
1,17
keine
2
2
2
(D (2)
kg / cm2
1,83 χ 105
1,44 χ 105
1,66 χ 105
1,99 χ ΙΟ5
1,11 χ ΙΟ5
1,43 χ 105
0,42 χ 105
1,03 χ 105
1,62 χ
6,6-Polyamidfaser: 15 Denier χ 3/4M
Stahlfaser: rund, niederer Kohlenstoffgehalt, blank, 25,4 χ 0,41 mm
OO I
213279A
Alle diese Werte für den Elastizitätsmodul liegen innerhalb der üblichen experimentellen Fehlergrenze, mit Ausnahme desjenigen
für Probe 7 von Tabelle I. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass durch die Zugabe von 6,6-Polyamid oder
Stahlfasern oder von einer Kombination von beiden keine Veränderung des Elastizitätsmoduls von nicht mit Latex modifizierten
Zementsystemen erreicht wird.
In der folgenden Tabelle II wird der Einfluß der Latexzugabe auf den Elastizitätsmodul, die Druckfestigkeit und die Biegefestigkeit
der Zementsysteme von Tabelle I gezeigt. Der verwendete Latex enthielt ein Mischpolymerisat aus dem
folgenden Monomeren in den angegebenen Gewichtsmengen:
Vinylidenchlorid 75
Vinylchlorid 20
Äthylacrylat 5
Methylmethacrylat 2
109882/1747
Probe Nr. Zementsystem A
10 11
12 13
Latexfeststoffe Elastizitätsmodul Druckfestigkeit Biegefestigkeit
kg kg / cm2 kg / cm^ kg / ^
kg kg / cm2 kg / cm^ kg / ^
0 9,1
6,8
| 1,83 | χ | 105 | 499 |
| 2,23 | χ | 105 | 840 |
| 1,12 | X | ΙΟ5 | 1030 |
| 1,49 | X | ΙΟ5 | 1140 |
109 189
95,8 157
CO ISJ
- li -
Aus diesen Werten geht hervor, dass durch Zugabe von Latex zu den Zementmassen nur eine geringfügige Verbesserung des
Elastizitätsmoduls erreicht wird, wogegen die Druckfestigkeit und die Biegefestigkeit des Zementsysteras wesentlich
erhöht werden.
In der nun folgenden Tabelle III wird der Einfluß der Faserzugabe auf den Elastizitätsmodul, die Druckfestigkeit und die
Biegefestigkeit auf latexmodifizierte Zementsysteme nach der
Erfindung gezeigt:
109882/174 7
| Probe Nr. | Faser | Art | 6,6-Polyamid(D | Vol.7o | Tabelle III | Druckfestigkeit | |
| Vergleichs- | Stahl(2) | Elastizitätsmodul | kg / cm2 | ||||
| versucn Zementsystem A |
keine | kg / cra^ | |||||
| • | 14 | 6,6-Polyamid(1) | O^-Polyamidd) | 1,75 | 841 | ||
| 15 | Stahlt) | Stahlt 2) | 1,75 | 2,23 χ 105 | 805 | ||
| 16 | 6,6-Polyamidt1) Stahl(2) |
2,26 χ 105 | 895 | ||||
| Erfindung | 6,6-Polyamid'^' | 0,58 | 2,20 χ 105 | ||||
| 17 | Stahl^2) | 1,17 | 805 | ||||
| 4,08 χ 105 | |||||||
| cc | Zementsystem B | Vergleichsversuch 18 |
keine | ||||
| OO 00 |
19 | 3 | 1140 | ||||
| ro | 20 | 3 | 1,49 χ 105 | 1040 | |||
| *- | Erfindung | 1,57 χ 105 | 1280 | ||||
| 21 | 1 | 1,65 χ 105 | |||||
| 2 | 1190 | ||||||
| 22 | 2 1 |
3,94 χ 105 | |||||
| 1060 | |||||||
| 2,86 χ 105 | |||||||
Biegefestigkeit kg / cm2
189 198 191
158
158 237 294
226
176
(1) 6,6-Polyamid: 15 Denier χ 3/4"
(2) Stahlfaser: rund, niederer Kohlenstoffgehalt, blank, 25,4 χ 0,41 mm
CO
Diese Ergebnisse zeigen die überraschende Verbesserung
des Elastizitätsmoduls durch die Zugabe einer Kombination von Polyamidfasern und Stahlfasern zu den latexmodifizierten Zementsystemen. Aus den Ergebnissen geht weiterhin hervor, dass bei der Verbesserung des Elastizitätsmoduls kein Verlust an Druckfestigkeit oder Biegefestigkeit eintritt.
des Elastizitätsmoduls durch die Zugabe einer Kombination von Polyamidfasern und Stahlfasern zu den latexmodifizierten Zementsystemen. Aus den Ergebnissen geht weiterhin hervor, dass bei der Verbesserung des Elastizitätsmoduls kein Verlust an Druckfestigkeit oder Biegefestigkeit eintritt.
109882/1747
Claims (1)
- - 14 PatentanspruchLatexffiodxfizierte Portland-Zementmasse, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 1,5-3 Vol.% einer Fasermischung aus(a) einem synthetischen F^sermaterial und(b) einem metallischen Fasermaterial,wobei diese Fasermaterialien in der Fasermischung im Volumverhältnis von (a) zu (b) von 1:2 bis 2:1 vorhanden sind.109882/T747
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US5211070A | 1970-07-02 | 1970-07-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=21975537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (8)
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| US4849018A (en) * | 1985-02-19 | 1989-07-18 | Construction Products Research, Inc. | Utilization of latexes with aluminous cement and gypsum composition |
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-
1971
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