DE2402661A1

DE2402661A1 - Verfahren zum verhindern chemischer angriffe auf mineralfasern bei fiberarmierung

Info

Publication number: DE2402661A1
Application number: DE2402661A
Authority: DE
Inventors: Claes Ivar Helgesson
Original assignee: GULLHOEGENS BRUK AB
Current assignee: GULLHOEGENS BRUK AB
Priority date: 1973-01-24
Filing date: 1974-01-21
Publication date: 1974-07-25
Also published as: FR2214666A1; GB1423322A; JPS49109421A

Description

Aktiebolaget Gullhögens Bruk,

- S-SW. 00 Skövde, Schweden

Verfahren zum Verhindern chemischer Angriffe auf Mineralfasern bei Fiberarmierung

Es ist schon von alters her bekannt, dass man Beton' mit Eisen und Stahl bewehren kann um die Stärke desselben zu erhöhen. Beton durch Zusatz vonverschiedenen Fasern zu verstärken ist auch nichts neues. Deshalb sind Asbestfasern schon seit langem dazu verwendet worden, die Eigenschaften gewisser Produkte aus Zementpaste, beispielsweise Dach- und Fassadevertäfelungsplatten, zu verbessern. Die guten Eigenschaften der Glasfaser beim Bewehren verschiedener Polymere sind jedoch im Beton bis heute nicht voll ausnutzbar gewesen, weil die Glasfaser im alkalischen Milieu in der Zementpaste korrodiert und man- es deshalb vorgezogen hat, mit Stahlfasern zu arbeiten. Der Fasergehalt muss wesentlich geringer sein als beispielsweise beim glasfaserbewehrten Kunststoff, da Kunststoff und Beton ganz ver-" schieden funktionieren. Im glasfaserbewehrten Kunststoff nimmt das Glas den grössten Teil der angelegten Kraft auf, während der Kunststoff eine zwischenfaserige Bruchausbreitung verhindert. Im Beton hingegen wirken die Fasern, indem sie die Ausbreitung der stets im Beton vorkommenden Mikrorisse verhindern so, dass der Beton selbst die Belastungen aufnehmen kann. Wslcherweise die Faserbewehrung von Zement und Zementerzeugnissen

409830/0898

sowohl die Zugbruchgrenze wie auch die Bruchenergi (Zähigkeit) erhöht, wird U.A. von H.G. Allen} "The Fabrication and Properties of Glass Reinforced Cement", Composites 1 (1), 19-24, September 1969, beschrieben. Da die alkalische wässerige Phase im Zementgel die Faser kraftig angreift, verringert sich der verstärkende Effekt der Bewehrung mit der Zeitj s. z.B< A, J.Majumdar, J.F. Ryder, "Glass Fibre Reinforcement of Cement Products", Glass Techn. 9 (3), 78-84, 1968. Diesen chemischen Angriffen ist jedoch teilweise Widerstand geleistet worden durch Fertigung besonders alkalibeständigen Glasfasern, "Glass Fibre for Reinforcing Cement", Composites 2 (1), 10, März 1971. Allerdings können auch mit dergleichem Glas die chemischen Angriffe auf Fasern nicht ganz unterbunden werden.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern oder Ausschliessen chemischer Angriffe auf Bewehrungsfasern - indem man Zirkoniumsalze, beispielsweise Zirkoniurnoxychlorid, ZrOCl₂, Zirkoniumoxynitrat, ZrO(NO ), Zirkoniumoxyjodid, ZrOJ₂, Zirkoniumoxybromid, ZrOBr₂, usw. zur Masse hinzugibt. Hierbei reagieren das Zirkoniumsalz und die wässerige Phase der Zementpaste, und eine unlösliche Zirkoniumverbindung wird ausgefällt, die verhindert ,dass der alkalische Zementgel mit der Faser in direkte Berührung kommt.

Dxeserart ist en möglich die alkaliresistenten Glasfaser nicht nur besser zu schützen, sondern auch alkaliempfindliche Fasern, z.B. Ε-Glasfasern bei dieser Faserbewehrung zu verwenden. Ε-Glasfasern sind nicht nur billiger als alkaliresisten+s Fasern, sondern auch in grossen Mengen erhältlich. Wird die Ε-Glasfaser erfindungsgemäss geschützt, erhält sie auf längere Sicht grössere Beständigkeit gegen Alkaliangriffe als die alkaliresistente Faser, die nicht erf indungsgemäss geschützt wurde.

Das Zirkoniumsalz kann verschiedenartig hinzugegeben werden und zwar entweder in die Masse oder direkt auf die Faser. Gibt man es der Masse hinzu, ninmnt man vorzugsweise 1-20 g Zirkoniumsalz pro kg Trockensubstanz. Beim Behandeln der Faser kann diese mit einer dünnen Zirkoniumsalzschicht überzogen werden indem man die Faser in eine wässerige Lösung des Salzes, mit einer Konzentration von etwa 1-25 g/'¹, taucht, oder indem man die Faser mit einer derartigen Zirkoniumsalzlösung bespritzt und danach an der Luft bei einer Temperatur, die 100°C nicht überschreiten darf, trocknet.

409830/0898

Dauerversuche mit faserbewehrtem Zementmaterial haben bewiesen, dass Zementerzeugnisse mit erfindungsgemäss behandelten Pasern, zeitlich unabhängig, ihre Festigkeitseigenschaft fast unverändert beibehalten..

Beispiel

Kurze Fasern, etwa 11 mm -lang * aus Ε-Glas wurden in eine wässerige lösung des Zirkcniunoxychlorids mit einem Gehalt von 15 g/l an ZrOCl« bei einer Temperatur von 20 C unter 5 Minuten eingetaucht. Danach liess mart die Faser 5 Stunden an der Luft mit einer Temperatur von 35 C trocknen und zwar so, dass die einzelnen Fasern sich nicht berührten. Danach mischte man die Fasern mit Portlandzement in einer Menge von 4 Vol%, 70 g Fasern pro 1 kg Zement, und gegossene Probestücke dieser Zementmischung wurden unter lfesser gelagert. Man mass die Zugfestigkeit nach verschieden langen Lagerungszeiten. Dementsprechende Versuche wurden auch mit Ε-Glasfasern, die weder mit Zirkoniumoxychloridlösung behandelt noch bewehrt waren. Zusammenfassend ergaben die Werte das folgende Ergebnis:

2 Lagerungsdauer Portlandzement Zugfestigkeit, kp/mm Unbewehrter

24 Stunden mit 4 Vol% nicht Portlandzement Portland-

behandelter Fasern mit 4 Vol% Zement

behandelten Fasern

10 χ 24 Stunden 1,8

60 χ 24 Stunden 1,9

90 χ 24 Stunden 1,4

180 χ 24 Stunden 1,35

Ausser mit Zirkoniumsalzen konnten ähnlich gute Resultate mit Kadmium-, Lanthan-, Magnesium- und Mangansalzen erzielt werden. Allgemein erforderlich für einwandfreie Ergebnisse ist, dass die Metallione in den Salzen beim Kontakt mit der wässerigen Phase des Zements nichtlösliche Hydroxyde oder andere nichtlösliche Verbindungen ergeben, mit niedrigerem Löslichkeitsprodukt als Ca(OH)₂. Diese nichtlöslichen Verbindungen dürfen, auch beim Alkaliüberschuss keine löslichen Komplexe ergeben.

Zum weiteren Vorteil ist, um ein schnelles Trocknen zu ermöglichen, wenn sich diese Metallsalze in Äthanol oder dergleichen lösen lassen. Als Beispiel für geeignete, äthanollösliche Metallsalze können genannt werden: Cd(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂, ZrCl₁₁ und Μ_η(Ν0₃>₂. Geeignete, in Wasser lösliche

A09830/0898

1,8	0,62
1,9	0,65
1,8	0,63
1,8	0,61

Salze sind die bereits genannten Zirkoniumsalze, wie ZrOC1„ und ZrO(NO )„, und ferner können etliche in VJhsser lösliche Salze der Metallionen

-, ,2+ _T 3+ „ 2+ , „, 2+

Ld ,La ,Mg und Mn zur Anwendung konmen.

Das Anbringen der lösungen auf den Fasern ist dabei gleichmässig verteilt durchgeführt worden, entweder satzweise oder kontinuierlich nach der Fertigung oder gleichzeitig mit der Faserfertigung und auf gleiche Art wie gewöhnlich Appretur durch Spritzen auf die einzelnen Fasern wenn diese vor dem Spinnen oder Abhauen die Düse verlassen.

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

M.¹ Verfahren zum Verhindern von chemischen Angriffen auf Mineralfasern bei Bewehrung von Zementmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass eina Metallsalzlösung auf die Fasern aufgetragen wird, wonach sie den Zementnaterial beigemengt werden, und ein nicht lösliches Reaktionsprodukt zwischen Zementmaterial und den Metallsalzen einer Haut gleich auf die Fasern ausgefällt wird und diese gegen Angriffe des alkalischen Zementgels schützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Metallsalze Zirkonium-, Wismut-, Kadmium-, Magnesium-, Lanthanoder Mangansalze, jedes für sich allein oder in Mischung, verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-

n e t, dass als Metallsalze Zirkoniumsalze wie Zirkoniumoxychlorid, ZrOCl₂, Zirkoniumojqmitrat, ZrO(NO₃ )„, Zirkoniumoxyjodid, ZrOJ₂ oder Zirkoniumoxybromid, ZrOBr», jedes für sich allein oder in Mischung, verwendet werden.

M-. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, dass als Metallsalze Wismutjodid, BiI,, Kadmiumnitrat, Cd(NO₃)„, ¹IH 0 oder Magnesiumnitrat Mg(NOg)₂,4H₂0 verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch g e-

kennzeichnet, dass die Salzlösung eine Lösung in Wasser oder Äthanol ist.

409830/0898