DE2147629A1

DE2147629A1 - Fiber-reinforced cementitious material and process for its manufacture

Info

Publication number: DE2147629A1
Application number: DE19712147629
Authority: DE
Inventors: Edward Llanelly Carmarthenshire Wales Kempster (Großbritannien)
Original assignee: Thyssen (Great Britain) Ltd., Llanelly, Carmarthenshire (Grossbritannien)
Priority date: 1970-09-24
Filing date: 1971-09-23
Publication date: 1972-03-30
Also published as: ZA716391B; FR2108461A5; GB1314253A

Description

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Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

XIXI

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 8208 MUNICH 86, POST BOX 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22MÖHLSTRASSE 22, CALL NUMBER 48 3921/22

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( GREAOJ BRII¹AIN) LIMITE!)
Bynea Industrial Estate,
Llanelly, Carmarthenshire, England(GREAOJ BRII ¹ AIN) LIMITE!)
Bynea Industrial Estate,
Llanelly, Carmarthenshire, England

Faserverstärktes zementartiges Material sowie Verfahren zu dessen Herstellung Fiber-reinforced cementitious material and process for its manufacture

Die Erfindung bezieht sich auf zementartige Verbundmaterialien und insbesondere auf glasfaserverstärkte Materialien.The invention relates to cementitious composite materials and, more particularly, to glass fiber reinforced materials.

Die Anwendung von glasfaserverstärktem Portiand-Zement und ähnlicher stoffe kann zu einem Verbundmaterial hoher Spannungsund Biegefestigkeit führen. Darüber hinaus werden durch eine Faserverstärkung die Auswirkungen einer Schrumpfung vermindert, die auftreten, wenn Zement ohne Zusatz von großen Mengen von Zusatzstoffen gemischt wird. 9The use of glass fiber reinforced Portiand cement and similar materials can lead to a composite material with high tensile strength and flexural strength. In addition, fiber reinforcement reduces the effects of shrinkage that occurs when cement is mixed without the addition of large amounts of additives. 9

Es ist bekannt, Stoffe, wie Harze, mit Glasfasern zu verstärken. Das Glas ist dabei wesentlich steifer als das Harz.It is known to reinforce materials such as resins with glass fibers. The glass is much stiffer than the resin.

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Im Zusammenhang mit Zement werden zur Verstärkung Üblicherveise Asbestfasern vervendet. Glasfasern sind zwar fester als A?bestfasern, jedoch sind die Größen der Youngs-Module (E) für Glas und Zement sehr unterschiedlich; das Zement bindemittel ist wesentlich steifer als die Glasfasern. Dies führt dazu, daß der Zement bereits vollständig reißt bzw. springt, bevor die Glasfasern irgendeine wirksame Verstärkung liefern können.In connection with cement, asbestos fibers are commonly used for reinforcement. Glass fibers are stronger as A? best fibers, but the sizes of the Youngs modules (E) for glass and cement are very different; the cement binder is much stiffer than the glass fibers. This means that the cement already completely cracks or cracks before the glass fibers can provide any effective reinforcement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes, verstärktes zementartiges Material zu schaffen, bei dem die P vorstehend aufgezeigte Schwierigkeit überwunden oder zumindest gemildert ist .The invention is based on the object to provide an improved, reinforced cementitious material in which the P has overcome or at least alleviated the difficulty indicated above.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung.The object indicated above is achieved by the invention specified in claim 1.

Gemäß der Erfindung wird ein faserverstärktes zementartiges Material dadurch gebildet, daß ein zementartiges Material und eine Emulsion eines gummiartigen Harzes mit Wasser vermischt werden und daß die Mischung vor einem Abbinden mit Glasfasern eines Glases verstärkt wird, das mit dem zementartigen Material kompatibel ist.According to the invention, a fiber reinforced cementitious material is formed in that a cementitious material and an emulsion of a rubbery resin are mixed with water and that the mixture is mixed with before setting Glass fibers of a glass is reinforced, which is compatible with the cementitious material.

Das gummiartige Harz verringert den Elastizitätsmodul des Gefügematerials, Dadurch wird die Flexibilität des Verbundmaterials bzw. zusammengesetzten Materials verbessert, wodurch die Neigung, zu reißen, vermindert ist. Der Anteil des zementartigen Materials zu dem gummiartigen Harz kann über einen weiten Bereich geändert werden, wird nur wenig Gummi verwendet, so weist das Verbundmaterial im wesentlichen die Eigenschaft des verwendeten zementartigen Materials auf, während im anderen Fall das Verbundmaterial ein Gummimaterial mit einer Zementfüllung sein wird. Für ein zementartigesThe rubbery resin reduces the elastic modulus of the structural material, thereby increasing the flexibility of the composite material or composite material improved, whereby the tendency to crack is reduced. The proportion of the cementitious material to the rubbery resin can be changed over a wide range, becomes little rubber is used, the composite material essentially has the property of the cement-like material used, while in the other case the composite material will be a rubber material with a cement filling. For a cementitious

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Verbundmaterial wird vorzugsweise das gummiartige Harz in einem solchen Anteil verwendet, daß ein Festgummianteil zvischen 1 und 15 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der gesamten Feststoffe erhalten wird. Vorzugsweise liegt der betreffende Anteil zwischen 5 und 15%.Composite material, the rubbery resin is preferably used in such a proportion that a solid rubber portion Between 1 and 15 percent by weight based on the weight of the total solids is obtained. Preferably lies the relevant proportion between 5 and 15%.

In entsprechender weise kann die Stärke der Glasfaserverstärkung entsprechend den jeweils gewünschten Endeigenschaften gewählt werden.The strength of the glass fiber reinforcement can be adjusted accordingly can be selected according to the final properties desired in each case.

Das zementartige Material kann Gips sein. Dieses Material wird jedoch, wie an sich bekannt, nach dem Abbinden durch Wasser beeinflußt. Mit Gips sind jedoch Gläser eines großen Bereiches von Gläsern kompatibel, Hblicherweisf» ist das zementartige Material jedoch ein Zement, wie er für Konstruktionszwecke verwendet wird, z.B. ein Portland-zement oder ein Fozzolana-Zement oder Fondu-Zement oder Schlackenzement oder wasserkalk. Derartige Zemente sind im wesentlichen alkalisch, weshalb in diesem Fall ein alkalibeständiges Glas oder eine Glasfaser mit einem schutzüberzug für die Glasfaserverstärkung zu verwenden ist. In dem Zement können bekannte Füllstoffe enthalten sein. Pulverisierte Brennstoffasche ist in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft, da sie dazu neigt, den ungebundenen Kalk zu neutralisieren, wodurch der Angriff des Alkali auf das Glas vermindert ist. Die Verwendung von Sand als Füllstoff vermindert die Kosten. Zur Erzielung einer Anordnung mit geringem Gewicht kann Vermiculit oder Perlit verwendet werden.The cementitious material can be plaster of paris. This material however, as is known per se, it is influenced by water after setting. With plaster of paris, however, glasses are one big thing Range of glasses, usually that is cementitious material, however, a cement such as that used for construction purposes is used, e.g. a Portland cement or a Fozzolana cement or fondu cement or slag cement or water lime. Such cements are essentially alkaline, which is why in this case an alkali-resistant glass or a Glass fiber with a protective cover for the glass fiber reinforcement is to be used. Known fillers can be contained in the cement. Powdered fuel ash is in this one Connection is particularly advantageous as it tends to neutralize the unbound lime, which makes the attack of the Alkali on the glass is decreased. Using sand as a filler reduces costs. To achieve a Light weight arrangement can be used with vermiculite or perlite.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines glasfaserverstärkten zementartigen Materials dadurch gekennzeichnet, daß ein gummiartiges Harz in der Mischung vorgesehen wird, und zwarAccording to another feature of the invention is a method of making a glass fiber reinforced cementitious Material characterized in that a rubbery resin is provided in the mixture, namely

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in solcher Menge, daß ein Festgujiunianteil zwischen 1 und 15 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Feststoffmenge vorgesehen ist.in such an amount that a Festgujiunianteil between 1 and 15 percent by weight based on the total amount of solids provided is.

Das Material besitzt auf seine Abbindung hin eine beträchtlich verminderte Durchlässigkeit £ür Wasser im Vergleich zu einer entsprechenden Zusammensetzung ohne das gummiartige Harz. Die erhöhte Flexibilität steigert im übrigen die Widerstandsfähigkeit gegenüber Frostangriff. Upon its setting, the material has a considerably reduced permeability to water compared to a corresponding composition without the rubber-like resin. The increased flexibility also increases the resistance to frost attack.

Es hat sich gezeigt, daß das gumraiartige Harz die Wasserabsorption durch die Glasfasern vermindert· Dadurch ist das erforderliche Wasser-Zement-Verhältnis kleiner als bei einem glasfaserverstärkten Zement ohne irgendein Latex.It has been found that the gumrai-like resin improves water absorption reduced by the glass fibers · This means that the required water-cement ratio is lower than for a glass fiber reinforced cement without any latex.

Durch die Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines glasfaserverstärkten zementartigen Materials geschaffen, welches folgende Verfahrensschritte umfaßt: Mischen eines Zements und eines Gummilatex mit Wasser, und zvar mit oder ohne einen Füllstoff, und Verstärkung der Mischung vor ihrem Abbinden mit einer alkalibeständigen Glasfaser. Die Menge des Gummilatex bzw, gummiartigen Harzes wird vorzugsveise " so gevählt, daß ein Festgumraianteil zvischen 1 und 15 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Feststoffmenge erhaltenwird. Die Glasfaser kann vor ihrer Hinzugabe zu der Zement-Latex-Mischung mit einem Polyäthylenoxydgel gemischt werden.The invention also provides a method for producing a glass fiber reinforced cementitious material, which comprises the following process steps: mixing a cement and a rubber latex with water, and zvar with or without a filler, and reinforcement of the mixture before it is set with an alkali-resistant glass fiber. The amount of the rubber latex or rubber-like resin is preferably selected so that a solid rubber component between 1 and 15 percent by weight based on the total amount of solids. The fiber can be added to the Cement-latex mixture can be mixed with a polyethylene oxide gel.

Als im Rahmen der Erfindung liegend vird ferner ein glasfaserverstärktes Material betrachtet, das nach dem oben angegebenen Verfahren hergestellt ist.A glass fiber reinforced one is also considered to be within the scope of the invention Consider material made by the above process.

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example 1

Die in diesem Beispiel vervendeten Bestandteile varen:The components used in this example are:

50 kg Portland-Zement 1,5 kg alkalibeständige Glasfasern50 kg Portland cement 1.5 kg alkali-resistant glass fibers

5 kg synthetisches Gummi-Latex mit einem Peststoffanteil von 55%5 kg synthetic rubber latex with a pesticide content of 55%

5 g Polyäthylenoxyd 15 kg Wasser5 g polyethylene oxide 15 kg water

Das 5 Gramm Polyäthylenoxydpulver vurde in einem Gel mit 3 kg Wasser gebildet, vobei die Glasfasern in diesem Gel umgerührt vurden. Der übrige Anteil des Wassers, des synthetischen Gummi-Latex und des Zements vurden dann in einem sogenannten Cumflov-Einlage-Labormischer unter Bildung eines gleichmäßigen Vergußmaterials vermischt. Sodann vurde die Glasfaser- und Polyäthylenoxyd-Kombination dem Latex-Zement-Vergußmaterial hinzugesetzt. Diese Mischung vurde dann in einer Gießform mit den Abmaßen 1140 mm zu 254 mm zu 12 mm zu einer flachen Platte vergossen.The 5 grams of polyethylene oxide powder was formed in a gel with 3 kg of water, with the glass fibers in this gel stirred. The rest of the water, synthetic rubber latex and cement were then put into mixed in a so-called Cumflov insert laboratory mixer to form a uniform potting material. Then vurde the glass fiber and polyethylene oxide combination the latex-cement grouting material added. This mixture was then poured into a mold measuring 1140 mm by 254 mm encapsulated to form a flat plate of 12 mm.

Im feuchten Zustand sind die Bearbeitungseigenschaften der Mischung bei einem niedrigen Wasser-Zement-Verhältnis wesentlich verbessert. Bei dieser bestimmten Mischung betrug das Wasser-Zement-Verhältnis 0,35, während eine entsprechende Mischung ohne das Latex ein Wasser-Zement-Verhältnis von 0,6 für eine entsprechende Bearbeitbarkeit erforderte. In the wet state, the working properties of the mixture are at a low water-cement ratio much improved. For this particular mixture, the water-cement ratio was 0.35, while a corresponding one Mixing without the latex required a water-cement ratio of 0.6 for adequate workability.

Auf die Abbindung hin konnte die Platte ohne zu zerbrechen in Richtung ihrer Längsabmessung um 12 mm ausgebogen verden. Eine aus einer entsprechenden Mischung ohne das Latex hergestellte Platte zerriß bei einer Auslenkung von 10 mm.Upon binding, the plate could be bent out by 12 mm in the direction of its longitudinal dimension without breaking. A plate made from a corresponding mixture without the latex tore when deflected by 10 mm.

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Die beiden Platten vurden bezüglich der Schlagfestigkeit geprüft, indem eine 50-g-Stahlkugel aus einer Höhe von 2,5 m auf die Platten fallengelassen vurde. Die Platten vurden dabei an zvei Punkten abgestützt, die um 1 m voneinander beabstandet varen. Im Falle der das Latex enthaltenden Platte mußte die betreffende Kugel sechsmal auf die betreffende Platte hinabfallen, um durch diese ein Loch zu schlagen. Bei der ohne Latex aufgebauten Platte fiel die Kugel dreimal auf diese Platte hinab, die dann über ihre Breite zerriß.The two panels were tested for impact resistance by pulling a 50 g steel ball from a height of 2.5 m dropped on the plates. The panels were supported at two points that were 1 m apart. In the case of the sheet containing the latex the ball in question had to fall six times onto the plate in order to punch a hole through it. In the case of the plate constructed without latex, the ball fell three times onto this plate, which then tore across its width.

P Beispiel 2 P example 2

Eine Platte vurde in der im Beispiel 1 beschriebenen weise hergestellt, indem folgende Bestandteile vervendet vurden: 50 kg Zement (Portland Aberthaur)A plate was made in the manner described in Example 1 using the following ingredients: 50 kg cement (Portland Aberthaur)

15 kg Gummilatex (Revertex 29 Y 40),15 kg rubber latex (Revertex 29 Y 40),

synthetisch, mit 55% Peststoffensynthetic, with 55% pesticides

2 kg alkalibeständige Glasfasern 10 kg Wasser
5 g Polyäthylenoxyd2 kg of alkali-resistant glass fibers 10 kg of water
5 g polyethylene oxide

Example 3

Bine Platte wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise mit folgenden Bestandteilen hergestellt:A plate was made in the manner described in Example 1 manufactured with the following components:

25 kg Zement (Portland Aberthaur) feiner Quarzsand25 kg cement (Portland Aberthaur) fine quartz sand

Gummilatex (Revertex 29 Y 40), synthetisch, mit 55% PeststoffenRubber latex (Revertex 29 Y 40), synthetic, with 55% pesticides

alkalibeständige Glasfasern Wasser Polyäthylenoxydalkali-resistant glass fibers water polyethylene oxide

Example 4

Eine Platte vurd in der im Beispiel 1 angegebenen Weise hergestellt, indem folgende Bestandteile vervendet vurden:A plate was produced in the manner indicated in Example 1 using the following components:

2 0 9 8 1 4 / 1 5 1 62 0 9 8 1 4/1 5 1 6

1515th kgkg 1010 kgkg 22 kgkg 77th kgkg 77th gG

2H76292H7629

25 kg Zement (Portland-Blaukreis) 25 kg feiner Quarzsand25 kg cement (Portland blue circle) 25 kg fine quartz sand

2 kg Gummilatex (natürlicher Gummilatex mit 60% Gummifeststoffen)2 kg rubber latex (natural rubber latex with 60% rubber solids)

2 kg alkalibeständige Glasfasern 8,5 kg Wasser2 kg of alkali-resistant glass fibers 8.5 kg of water

5 g Polyäthylenoxyd5 g polyethylene oxide

Überprüfungen dieser und weiterer Platten zeigten, daß der Zusatz von Latex zwischen 1 Gewichtsprozent und 5 Gewichtsprozent der Feststoffe eine bemerkenswerte Wirkung hinsichtlich der Bearbeitbarkeit bzw. Verarbeitbarkeit der Zusammensetzung zeigte. Außerdem zeigte sich eine bemerkenswerte Wirkung hinsichtlich der Schlagfestigkeit und der Biegefestigkeit. Oberhalb von 5% war die Auswirkung auf die Schlagfestigkeit, die Flexibilität und die Biegefestigkeit sogar noch bedeutender. So wurde eine Verbesserung um einen Faktor von 4 oder 5 bei einem Gummianteil von 10 bis 15% erzielt.Checks of these and other panels showed that the addition of latex was between 1 percent and 5 percent by weight of the solids has a remarkable effect on the workability of the composition showed. In addition, there was a remarkable effect on impact resistance and flexural strength. Above 5%, the effect on impact resistance, flexibility and flexural strength was even more significant. An improvement by a factor of 4 or 5 was achieved with a rubber content of 10 to 15%.

Zur Ausführung von Spritzvorgängen oder eines Spritzgießens oder Strangpressens kann ferner der Mischung Wasser hinzugesetzt werden. Bei Anwendung eines Spritzverfahrens kann ts zweckmäßiger sein, die Glasfasern gleichzeitig mit einer Mischung aus anderen Bestandteilen zu verspritzen. Auf Grund der Verwendung des Gummilatex weist das Material vor dem Abbinden eine teigartige Konsistenz auf, weshalb es ohne nennenswerte Trennung des Wassers verarbeitet bzw. bearbeitet νerden kann.Furthermore, water can be added to the mixture in order to carry out injection processes or injection molding or extrusion will. When using a spraying process, ts It may be more expedient to spray the glass fibers with a mixture of other ingredients at the same time. Because of the use of rubber latex, the material has a dough-like consistency before setting, which is why it is without significant separation of the water can be processed or processed.

Zur Herstellung von Tafeln kann das betreffende Material in einem Glättungsprozess bearbeitet werden.For the production of panels, the material in question can be processed in a smoothing process.

Als Füllstoff kann Sand verwendet werden. Um eine leichte Anordnung zu erzielen, kann Vermiculit oder Perlit verwendet werden.Sand can be used as a filler. To a light arrangement Vermiculite or pearlite can be used to achieve this.

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Claims

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PatentansprücheClaims

/iy Faserverstärktes zementartiges Material, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Mischen eines zementartigen Materials und einer Gummilatex-Emulsion ait Wasser hergestellt ist und das die Mischung vor dem Abbinden mit Glasfasern eines Glases verstärkt ist, velches mit dem zementartigen Material kompatibel ist.Fiber-reinforced cementitious material, characterized in that it is made by mixing a cementitious material and a rubber latex emulsion with water and that the mixture is reinforced with glass fibers of a glass before it sets, is compatible with the cementitious material.

2. Faserverstärktes zeaentartiges Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sementartige Material Gips ist.2. Fiber-reinforced zea-like material according to claim 1, characterized in that the cementitious material is plaster of paris.

3. Faserverstärktes zementartiges Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zementartige Material ein Portland-Zement oder ein Pozzolana-Zement oder ein Fondu-Zement oder ein Schlackenzement oder Wasserkalk ist und daß das Glas ein alkalibeständiges Glas ist.3. Fiber-reinforced cementitious material according to claim 1, characterized in that the cementitious material a Portland cement or a Pozzolana cement or a Fondu cement or a slag cement or water lime and that the glass is an alkali-resistant glass.

4. Faserverstärktes zementartiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllstoff vorgesehen ist,4. Fiber-reinforced cement-like material according to one of claims 1 to 3, characterized in that a filler is provided,

5. Faserverstärktes zementartiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Gummilatex so gewählt ist, daß ein Festgummianteil zwischen 1 und 15 Gewichtsprozent bezogen auf die Menge der Feststoffe erzielt ist.5. Fiber-reinforced cementitious material according to one of the Claims 1 to 4, characterized in that the amount of rubber latex is chosen so that a solid rubber content between 1 and 15 percent by weight based on the Amount of solids is achieved.

6. Verfahren zur Herstellung eines glasfaserverstärkten zementartigen Materials, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischling aus einem zementartigen Material und einem Gumrailatex hergestellt wird, welches in einer solchen6. A method for producing a glass fiber reinforced cementitious material, in particular according to one of the Claims 1 to 5, characterized in that a hybrid of a cementitious material and a Gumrailatex is produced, which in such a

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Menge der betreffenden Mischung hinzugegeben wird, daß ein Pestgummianteil zwischen 1 und 15 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Peststoffmenge erzielt ist.Amount of the mixture in question is added so that a pest gum content between 1 and 15 percent by weight based on the total amount of pesticide achieved is.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das der Mischung ggfs. ein Füllstoff hinzugesetzt vird und daß die Verstärkung der Mischung mit einer alkalibeständigen Glasfaser vor ihrem Abbinden vorgenommen wird.7. The method according to claim 6, characterized in that if necessary, a filler is added to the mixture and the mixture is reinforced with an alkali-resistant glass fiber before it sets.

8· Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet» daß die Menge des Gummilatex so gewählt wird, daß ein Pestgummianteil zwischen 5 und 15 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Peststoffmenge erzielt wird.8 · The method according to claim 7 »characterized» that the amount of rubber latex is chosen so that a pest rubber content between 5 and 15 percent by weight based on the total amount of pesticides is obtained.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaser mit einem Polyäthylenoxydgel gemischt wird, bevor sie der Zement-Gummilatex-Mischung hinzugesetzt wird.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that that the glass fiber is mixed with a polyethylene oxide gel before it is added to the cement-rubber latex mixture.

,^ 20 9-8 U/161 6, ^ 20 9-8 U / 161 6