DE2702419A1 - Glasverstaerktes zementgemisch und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Glasverstaerktes zementgemisch und verfahren zu seiner herstellung

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DE2702419A1
DE2702419A1 DE19772702419 DE2702419A DE2702419A1 DE 2702419 A1 DE2702419 A1 DE 2702419A1 DE 19772702419 DE19772702419 DE 19772702419 DE 2702419 A DE2702419 A DE 2702419A DE 2702419 A1 DE2702419 A1 DE 2702419A1
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
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Description

Glasverstärktes Zementgemisch und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Glas als Verstärkungsmaterial für zementhaltige Erzeugnisse und betrifft insbesondere eine Stoffzusammensetzung oder Masse, bei der eine Schädigung des zur Verstärkung dienenden Glases durch den Alkaligehalt des anorganischen zementhaltigen Bindemittels ausgeschaltet oder weitgehend verringert wird, sowie Verfahren zum Ausschalten oder Verringern einer solchen Schädigung·
Die Verwendung von Glas als Verstärkungsmaterial für zementhaltige Erzeugnisse wie Beton wird bereits seit vielen Jahren untersucht. Beispielsweise hat man sich mit der Verwendung von Glasfaserstäben anstelle der üblichen Bewehrungen aus Stahl sowie mit der Verwendung von Glas als Verstärkungsmaterial in Form von Fasern, Schuppen und gewebten sowie ungewebten Stof-
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fen befaßt. In neuerer Zeit wurde der Verwendung von Glasfasern als Verstärkungsmaterial für Beton und Zement besondere Aufmerksamkeit gewidmet.
Der Verwendung von Glas als Verstärkungsmaterial für Zement und Beton steht als schwerwiegendes Hindernis die Alkalität des anorganischen zementhaltigen Bindemittels entgegen» die sich sehr schädlich auf das Glas auswirkt und im Laufe der Zeit zu einer erheblichen Abnahme der Festigkeit des mit Glas verstärkten Erzeugnisses aus Zement oder Beton führt, oder sogar zu einer vollständigen Zerstörung der Glasbewehrung. Diese Beeinträchtigung oder vollständige Beseitigung der Verstärkungswirkung der Glasbewehrung spielt sich in Gegenwart von Feuchtigkeit besonders schnell ab.
Um die Schwierigkeiten zu vermeiden, die sich aus der Schädigung der Glasbewehrung durch einen alkalischen Angriff ergeben, wurde bereits vorgeschlagen, das Glas gegen Alkali durch Überzüge aus organischem Material zu schützen oder spezielle alkalibeständige Glasmassen zu verwenden, wie es z.B. in den US-PSen 3 861 925, 3 861 926 und 3 861 927 beschrieben ist, oder ein Kationenaus tauschma te rial zu verwenden, um das anorganische alkalische Bindemittel in eine Form zu überführen, in der es Glas nicht angreift.
Jedoch haben sich diese bekannten Vorschläge nicht in jeder Beziehung als erfolgreich erwiesen, d.h. sie haben nicht zur
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Schaffung einer In technischem Maßstab verwendbaren, mit Glas verstärkten Zementmasse geführt. Außerdem stehen die begrenzte Verfügbarkeit und die hohen Kosten der gemäß den genannten Vorschlägen benötigten Materlallen der Verwendung dieser Erzeugnisse in vielen Fällen entgegen.
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausfuhrungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zweckmäßiges und wirtschaftliches Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, bei mit Glas verstärkten zementhaltigen Massen eine Schädigung der Glasbewehrung durch alkalische Stoffe zu verhindern, ferner bei einer mit Glas bewehrten zementhaltigen Masse Bedingungen herzustellen, unter denen eine Reaktion zwischen dem Alkaligehalt des zementhaltigen Bindemittels und der Glasbewehrung verhindert oder erheblich eingeschränkt wird, sowie solche Bedingungen auf zweckmäßige und wirtschaftliche Weise unter Verwendung leicht zu beschaffender Stoffe herzustellen. Ferner soll eine mit Glas verstärkte zementhaltlge Masse geschaffen werden, bei der eine unerwünschte Reaktion zwischen dem Alkaligehalt des zementhaltigen Bindemittels und der Glasbewehrung vermieden oder erheblich eingeschränkt ist, wobei die Masse geeignet ist, in zahlreichen Fällen verwendet zu werden, z.B. bei Erzeugnissen aus Zement oder Beton oder zum Verbinden von Flächen einander benachbarter Blöcke od.dgl. aus Zement.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß bestimmte leicht
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und mit geringen Kosten zu beschaffende Stoffe dann, wenn man sie mit den alkalischen anorganischen Bindemitteln mischt, die gewöhnlich bei Zement und Beton verwendet werden, als "Spülmittel" zur Wirkung kommen und mit dem Alkaligehalt des Bindemittels reagieren, bevor die Glasbewehrung von ihnen angegriffen wird· Somit ermöglicht es die Erfindung, Erzeugnisse herzustellen, die Eigenschaften und wirtschaftliche Vorteile bieten, welche bei mit Glas verstärkten Erzeugnissen unter Verwendung alkalischer anorganischer Bindemittel bis jetzt nicht erreichbar sind.
Die Verwendung bestimmter Chemikalien zur Verhinderung einer Beschädigung oder Anätzung von Glasflaschen durch die heißen alkalischen Reinigungslösungen, die in Flaschenreinigungsanlagen verwendet werden, ist z.B. bereits in den US-PSen 2 403 157, 2 419 805, 2 425 907, 2 428 187 und 2 447 297 vorgeschlagen worden·
In weiteren US-Patentschriften, z.B. der US-PS 2 744 831, sowie in weiteren Veröffentlichungen wurde bereits die Verwendung bestimmter Chemikalien vorgeschlagen, um die Bildung der eine schädliche Ausdehnung verursachenden Kieselsäuresalze als Folge einer Reaktion zwischen Alkalien und Zuschlägen bei Beton zu verhindern.
Weiterhin wurde bereits in der US-PS 3 147 127 die Verwendung bestimmter Kationenaustauschstoffe bei mit Glas bewehrten
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Zementerzeugnissen zu dem Zweck vorgeschlagen, das Portlandzement-Bindemittel in eine Form zu überführen, in der es Glas nicht angreift. Die Anwendung dieses Verfahrens führt zu einer Verdrängungsreaktion, bei der die reaktionsfähigen Alkalikationen durch andere Kationen ersetzt werden« Die wirtschaftliche Anwendbarkeit dieses Verfahrens wird Jedoch durch die begrenzte Verfügbarkeit der Kationenaustauschstoffe sowie durch die Notwendigkeit eingeschränkt, die Kationenaustauschstoffe vor ihrer Verwendung einer Behandlung mit Säure oder Ammoniumverbindungen zu unterziehen.
Das Spülmittel, dessen Verwendung durch die Erfindung vorgeschlagen wird, ist billig und leicht zu beschaffen, und es bedarf keiner Vorbehandlung vor seiner Verwendung. Die Anwendung dieses SpUlmittels bei mit Glas bewehrten Erzeugnissen aus Zement oder Beton gestattet die Verwendung gewöhnlicher Bewehrungselemente aus Ε-Glas anstelle der teureren und in manchen Fällen nicht ohne weiteres verfügbarer alkalibeständiger Glassorten. Die mit Glas bewehrten Zementmassen nach der Erfindung sind für zahlreiche Anwendungsfälle geeignet, und zwar auch für Bauelemente von hoher Festigkeit, für gegossene oder extrudierte Erzeugnisse aus Beton sowie zum Verbinden von Flächen einander benachbarter Betonklötze o.dgl.
Zu den gemäß der Erfindung verwendbaren anorganischen Bindemitteln können Portlandzement, Hauerwerkezement, Gemische aus Portlandzement und Mauerwerkszement sowie Gemische aus diesen
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Stoffen mit gelöschtem Kalk gehören. Ferner kann die Zementmasse Zuschläge oder Füllstoffe wie Sand und Zusatzstoffgemische wie Pigmente, Weichmacher, Beigaben zur Verringerung des Wasserbedarfs, Beigaben zur Abdichtung gegen Wasser, Schwindungskompensatoren, Abbindungsbeschleuniger, Verzögerer, gaserzeugende Stoffe, Beigaben zum Einführen von Luft sowie Beigaben zum Festhalten von Wasser enthalten·
Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Bei dem erfindungsgemäßen "Spülmittel" handelt es sich um ein fein verteiltes, mit Alkali reagierendes Material, dessen Hauptbestandteil Kieselsäure in mit Alkali reagierender Form 1st, und zwar die gleiche Verbindung, die in der Glasbewehrung in großen Mengen vorhanden ist. Die Wirksamkeit des Spülmaterials bei seiner Reaktion mit dem Alkaligehalt des anorganischen Bindemittels beruht auf der großen Affinität und Verfügbarkeit des Spülmittels gegenüber dem Alkali infolge seiner starken Dispersion und seiner aktiven Oberfläche·
Im Gegensatz hierzu hat die Glasbewehrung die Form relativ großer Elemente wie Stäbe, Fasern oder Faserbündel, die gewöhnlich mit einer schützenden Schlichte oder einem organischen Bindemittel Überzogen sind, und die in den meisten Fällen im Zement in Form zerkleinerter Fasern oder Faserbündel oder als gewebte oder ungewebte Stoffe vorhanden sind·
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Das Spülmittel wird In Form eines fein gemahlenen Pulvers verwendet, dessen Korngröße vorzugsweise 30 bis 325 Maschen je Zoll (U.S.-Siebreihe) entspricht. Vorzugsweise beträgt der Kieselsäuregehalt des SpUlmittels mindestens 65 Gew.-#.
Kieselsäure kann verschiedene Formen annehmen, z.B. kristalline oder amorphe, von denen einige chemisch relativ träge sind, während andere mit Alkali stark reagieren. Die gemäß der Erfindung als Spülmittel zu verwendenden, Kieselsäure enthaltenden Stoffe müssen vom mit Alkali reagierenden Typ sein· Solche mit Alkali reagierenden Kieselsäureverbindungen sind gewöhnlich von glasähnlicher Natur und unterscheiden sich von gewöhnlichem Sand dadurch, daß sie bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen in Wasser oder alkalischen Lösungen In einem relativ hohen Ausmaß löslich sind. Als Beispiele für zur Verwendung als Spülmittel geeignete Stoffe seien insbesondere Kieselerdemehl und Kronglas genannt.
Die Eignung von Kieselsäure enthaltenden Stoffen als Spülmittel, d.h. ihr Reaktionsvermögen, läßt sich leicht ermitteln, indem man die Löslichkeit des betreffenden Materials mit der Löslichkeit der Glasbewehrung vergleicht. Die als Spülmittel wirkende Verbindung muß in alkalischen Lösu-ngen oder in Wasser bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur oder vorzugsweise in beiden Fällen höher sein. Vorzugsweise soll die Löslichkeit des SpUlmittels mindestens doppelt so hoch sein wie die einer gewöhnlichen Bewehrung aus E-Glas,
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und es ist besonders erwünscht, daß seine Löslichkeit dem Zehnfachen oder einem noch höheren Wert entspricht.
In der nachstehenden Tabelle 1 werden die Lösungsgeschwindigkeiten zweier geeigneter Spülmittel mit der Lösungsgeschwindigkeit einer typischen Glasfaserbewehrung verglichen. Bei dem Spülmittel I handelt es sich um ein handelsübliches Kieselsäuremehl mit einer Korngröße entsprechend 325 Maschen je Zoll und einem Gehalt an Siliziumdioxid von 97Jfe Das Spülmittel II ist gemahlenes Kronglas mit einer Korngröße entsprechend 100 Maschen je Zoll, dessen Zusammensetzung nachstehend angegeben ist.
Siliziumdioxid (SiO2) Aluminiumoxid (Al2O3) Calciumoxid (CaO) Magnesiumoxid (MgO) Boroxid (B2O5) Natriumoxid (Na2O) Kaliumoxid (K2O)
Um die Spülmittel bezüglich ihrer Lösungsgeschwindigkeit in alkalischen Lösungen zu untersuchen, wurde eine abgemessene Menge in eine Natriumhydroxidlösung eingebracht, die so berechnet war, daß das Verhältnis zwischen SiO2 und Na2O den Wert 3»31 hatte. Die Löslichkeit wurde bei zwei verschie denen Temperaturen ermittelt und in Milligramm je Kilogramm
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69 ,1*
1 ,6Jf
3 ,OJf
0 ,5Jf
14 ,OJf
2
löslichen Siliziumdioxids ausgedruckt und mit den Werten für eine typische Bewehrung aus Ε-Glasfasern verglichen·
Tabelle 1
Spülmittel I Spülmittel II Tage bei 25 C (97# SiO2) (69# SiO2)
9 000 22 000 33 000 52 000
94 000 140 000 230 000
1 4 000
2 4 500
3 6 000
4 6 800
8 10 000
13 13 000
22 17 000
Tage bei 50°C
1 19 000
2 52 000
3 76 000
4 110 000
8 230 000
14 470 000
Glasfasern,12,7 mm
(5396 SiO2) 		000
2 200
6 000
10 000
12 500
16 000
21 500
24
84 000 17 000
260 000 22 000
340 000 23 000
390 000 24 000
430 000 26 000
460 000 26 000
Wenn optimale Ergebnisse erzielt werden sollen, muß man das Spülmittel der Zementmasse in einer Menge beifügen, die mindestens ausreicht, um eine vollständige Reaktion mit dem Alkall· gehalt des anorganischen Bindemittels zu gewährleisten· Insbesondere ist es zweckmäßig, eine Menge zu verwenden, die größer ist als die für eine im wesentlichen vollständige Reaktion. Das stöchiometrische Verhältnis, d.h. die Menge an
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Siliziumdioxid, die für eine Reaktion mit dem Alkaligehalt des Bindemittels erforderiich ist, läßt sich unmittelbar berechnen, wenn der Alkaligehalt des Bindemittels und der Gehalt des SpUlmittels an Siliziumdioxid bekannt sind. Diese Werte lassen sich leicht durch eine chemische Analyse der Stoffe bestimmen.
Die Berechnung des stöchiometrischen Verhältnisses erfolgt auf der Basis der nachstehenden Reaktionsgleichung:
Na2O + SiO2 ^. Na2SiO3
Bei einem anorganischen Bindemittel, z.B. Portlandzement, das insgesamt x# Alkali (als Na2O berechnet) enthält, und bei einem Spülmittel, das y% SiO2 enthält, liefert die nachstehende Formel die benötigte Menge des SpUlmittels·
MSI = erforderliche Gewichtsteile an Spülmittel auf 100 Gewichtsteile des Bindemittels
χ = % Alkali im Bindemittel (Na2O-XqUivalent) y » % SiO2 im Spülmittel
M.W. Na2O - 62
M.W. SiO2 - 60
X <M-W· Si02> X oder
MSI = 96,77 j
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Da nur ein Teil des Alkaligehalts des Bindemittels in Wasser löslich ist und für eine Reaktion zur Verfügung steht, liefert die vorstehende Beziehung allgemein eine mehr als ausreichende Menge des Spülmittels für eine Reaktion mit dem verfügbaren Alkall·
Es ist anzunehmen, daß sich bei der Reaktion zwischen dem Siliziumdioxid und dem Alkaligehalt anorganischer zementhaltiger Bindemittel wie Portlandzement neben der vorstehend genannten Primärreaktion mehrere weitere ziemlich komplizierte Reaktionen abspielen, doch hat es sich gezeigt, daß Berechnungen, die auf der angegebenen Reaktionsgleichung beruhen, eine zweckmäßige und geeignete Basis zur Ermittlung der erforderlichen Menge des Spülmittels bieten·
Die nachstehende Tabelle 2 zeigt die Mindestmenge des Spülmittels, die bei Portlandzementen mit unterschiedlichem Gehalt an Alkali verwendet werden muß· Die Mengen sind in Gewichtsteilen angegeben.
Tabelle 2 Trockener Portlandzement, Typ I, ASTM Spec C-150, Mindestmenge des Spülmittels Gesamtalkaligehalt ausge- auf 100 Gewichtsteile Port-
drückt in NaÖQ. % landzement
Spülmittel I Spülmittel II
Ϊ69Χ SiO2)
(97* SiO2) 1,38
1,0* 0,99 1,10
0,8Ji 0,79 0,82
0,6Ji 0,59 0,55
0,4ji 0,39 0,27
0,2J< 709883/06290'19
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In der Zementindustrie ist es bekannt, daß bestimmte Reaktionen, bei denen das im Portlandzement enthaltene Alkali mit bestimmten reaktionsfähigen Formen von Siliziumdioxid reagiert, zur Bildung von löslichen Kieselsäurekomplexen führen können, die fähig sind, Wasser aufzunehmen und sich dabei ausdehnen, was zu einer erheblichen Schädigung der zementhaltigen Erzeugnisse führen kann. Eine unkontrollierte Verwendung der mit Alkali reagierenden, Siliziumdioxid enthaltenden Spülmittel kann zu dieser schädlichen Nebenwirkung beitragen, und daher wird die Menge des verwendeten Spülmittels vorzugsweise auf höchstens das Fünffache derjenigen Menge begrenzt, die ausreicht, um eine vollständige Reaktion mit dem Alkaligehalt des anorganischen Bindemittels zu gewährleisten.
Un das Erzeugnis zusätzlich gegen solche zu einer Ausdehnung führende Reaktionen zu schützen, ist es zweckmäßig, der Zementmasse bestimmte chemische Inhibitoren beizufügen, von denen bekannt ist, daß sie geeignet sind, solche Reaktionen zu hemmen« Bei den erfindungsgemäßen Massen können zur Verhinderung einer Ausdehnung sämtliche Stoffe verwendet werden, die bezüglich der Hemmung von Reaktionen zwischen dem Alkali und den Zuschlägen dem ASTM-Verfahren Ct441 entsprechen. Zu den geeigneten chemischen Inhibitoren gehören die wasserlöslichen Salze der Elemente der Gruppe Barium, Lithium, Strontium, Wismut, Zinn und Antimon sowie die Chlorid-, Hydroxid-, Acetat-, Nitrat- und Chromatsalze dieser Elemente. Zur Verwendung als Inhibitoren in diesem Sinne sind ferner puzzolanische Stoffe
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geeignet, von denen bekannt ist, daß sie die Ausdehnung verringern, z.B. gebrannter Schiefer, Diatomeenerde, vulkanische Tuffe und Pumicite sowie Opal.
Bei Zementmassen mit niedrigem Alkaligehalt kann man das Siliziumdioxid enthaltende Spülmittel auch ohne Beigabe eines die Ausdehnung verhindernden Mittels verwenden« Insbesondere ist die Verwendung eines Inhibitors bei Zementen nicht erforderlich, die einen Alkaligehalt von weniger als 0,2tf (als Na2O ausgedrückt) enthalten, denn es hat sich gezeigt, daß bei einem Alkaligehalt unter diesem Wert eine zu einer Ausdehnung führende Reaktion zwischen dem Alkali und den Zuschlägen unproblematisch bleibt.
Die chemischen Inhibitoren zum Verhindern einer Ausdehnung werden in jedem Fall vorzugsweise in der kleinsten Menge verwendet, die ausreicht, um eine Reaktion mit dem Gehalt des SpUlmittels an Siliziumdioxid herbeizuführen. Geht man von der Reaktion SiO2 + BaO + xH20 BaSiO3.xHgO aus, würde man zur Erzielung einer vollständigen Reaktion mit dem Siliziumdioxid 2,08 Teile BaCl2, 2,61 Teile BaNO3, 3»15 Teile Ba(QH)2 oder 2,55 Teile Ba(C2H3O2) auf ein Teil SiO2 benötigen.
Bei dem alkalischen anorganischen Bindemittel, das bei den erfindungsgemäßen Zementmassen verwendet wird, kann es eich um Mauerwerks zement handeln, ferner um Portlandzement, Gemische aus Mauerwerks zement und Portlandzement sowie um Ge-
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mische aus diesen Stoffen mit gelöschtem KaIk0 Die Verwendung von Portlandzement wird bevorzugt, und bei den erfindungsgemäßen Massen kann man Zemente verwenden, deren Alkaligehalt bis zu 1,5 Gew.-?6 bezogen auf Na2O beträgt. Portlandzemente, die dem Typ I nach der ASTM-Specification C-150 entsprechen, wurden untersucht, wobei es sich zeigte, daß sie für mit Glas bewehrte Zementmassen nach der Erfindung geeignet sind.
Ferner kann die Zementmasse die üblichen Füllstoffe enthalten, die bei Erzeugnissen aus Zement und Beton verwendet werden, z«B. Kies, Sand, natürliche oder künstliche Zuschlägsstoffe sowie gebrochenen Marmor. Feinkörnige mineralische Zuschlagsstoffe mit einer Korngröße entsprechend 20 Maschen je Zoll oder feiner werden bevorzugt, wenn zerkleinerte Glasfasern verwendet werden, um die gewünschte Verteilung der Glasfasern und eine optimale Verstärkungswirkung zu erzielen. Der Füllstoff wird vorzugsweise in einer Menge von 0 bis zu 300 Teilen auf 100 Teile des trookenen Zementbindemittels verwendet.
Ferner können die Zementmassen in der Zement- und Betonindustrie übliche "Beimischungen" enthalten. Hierbei handelt es sich um Verbindungen oder Stoffe, von denen bekannt ist, daß sie zu einer Verbesserung oder Veränderung der Eigenschaften von Zement führen; sie werden gewöhnlich in Mengen bis zu etwa 20 Gew.-96 bezogen auf das Trockengewicht des Zementbindemittels
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verwendet. Zu diesen Beimischungen gehören Pigmente, Stoffe zur Verringerung des Wassergehalts, Stoffe zum Festhalten von Wasser, Stoffe zum Einführen von Luft, Abbindebeschleuniger, Gase erzeugende Stoffe, Beimischungen zum Abdichten gegen Wasser, Stoffe zum Herbeiführen einer Ausdehnung, Schrumpfungskompensatoren sowie Weichmacher.
Die Bewehrung aus Glas kann in Form von Fasern, zerkleinerten Garnen oder Vorgespinsten, Schuppen, Stäben sowie gewebten oder ungewebten Stoffen verwendet werden. Vorzugsweise verwendet man jedoch eine Bewehrung in Form einzelner Glasfasern oder von Faserbündeln, die eine Länge von etwa 6,5 bis etwa 50 mm und vorzugsweise von etwa 12,7 mm haben. Ferner ist es möglich, handelsübliches Borsilicatglas vom Typ E zu verwenden. Jedoch sind ggf. auch andere handelsübliche Glassorten geeignet, z.B. die verschiedenen alkalibeständigen Glassorten. Der Anteil der Glasbewehrung liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 15 Teilen auf 100 Teile des trockenen Zementbindemittels und insbesondere im Bereich von 2 bis 5 Teilen.
Die mit Glas verstärkten Zementmassen nach der Erfindung lassen sich zu den verschiedensten Erzeugnissen verarbeiten, z.B. zu Bauelementen, bei denen eine hohe Zug- und Druckfestigkeit gefordert wird, zu gegossenen oder extrudierten Betonerzeugnissen, z.B. dekorativen Verkleidungen, zu Betonplatten, Betonrohren, Leitungen und dgl«.
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Ferner eignen sich die erfindungsgemäßen Massen besonders zum Verbinden von Flächen» d.h. zum Auftragen auf Flächen von Betonklötzen einer Wand und dgl. zum Verbinden der Blöcke miteinander, ohne daß es in der bis Jetzt üblichen Weise erförderlich ist, Mörtel zwischen den Blöcken zu verwenden. Der zum Verbinden der Flächen dienende Zement bildet auf der Wandfläche eine feuchtigkeitsbeständige Schicht von stuckartigem Aussehen, und die so miteinander verbundenen Betonklötze können zur Errichtung ein- oder zweistöckiger Ein- und Mehrfamilienhäuser, Lagerhäuser und anderer Nutzbauten von bis zu zwei Stockwerken verwendet werden, ferner bei Kellerwänden, billigen Wohneinheiten aus Mauerwerk, landwirtschaftlichen Gebäuden sowie in verschiedenen weiteren Anwendungsfällen. Dient die Masse als Flächenverbindungszement, ist sie so zu mischen, daß sie eine sahneähnliche Konsistenz erhält, und sie ist auf die aus Klötzen oder Ziegeln aufgebaute Wand aufzuspritzen oder mit der Kelle aufzutragen,und zwar vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 3,2 bis etwa 6,5 mm.
In der folgenden Tabelle 3 sind Angaben über typische mit Glas bewehrte Zementmassen nach der Erfindung gemacht, die Inhibitoren enthalten.
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Tabelle 3 (Gewichtsteile)
Portlandze
ment (nur
0,13* Na2O) 		100 0 0 0 0 mit dem Alkaligehalt 0 0 ΙΊ02
Portlandzement
(0,45* Na2O) 		0 100 100 0 0 100 100
Mauerwerks
zement 		0 0 0 100 100 100 100-150
7098 gelöschter
Kalk 		10-30 10-30 10-30 0-15 0-15 0-25 0-15
OO
OJ
ο
σ»
NJ		 feine Zu
schläge
Glasfasern
Expansions
inhibitor* 		0-25
2-10
0 		0-25
2-10
0,3 		100-300
2-10
0,3 		0-25
2-10
0,3 		100-300
2-10
0,3 		0-25
2-10
0,3 		100-300
2-10
0,3
Beimischungen 0 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1
Spülmittel** 0,2-1,0 0,4-3,0 0,4-3,0 0,2-6, ,0 0,2-6,0 0,2-6,0 0,2-6,0
* oder 10-20 Gew·-* der Gesamtmenge des verwendeten Spülmittels
** oder das 1- bis 5-fache der zur Reaktion
benötigten Menge 		des Zements
Eine insbesondere zur Verwendung als Flächenverbindungszement geeignete erfindungsgemäße Masse hat die folgende Zusammensetzung in Gewichtsteilen:
Gewichtsteile
Portlandzement (0,3% Na2O) 100
gelöschter Kalk 13-22
feine Zuschläge (Sand, 20
Maschen je Zoll) 100-160
Glasfasern (12,7 mm) 4-7
Beimischung zum Einführen von
Luft 0,02-0,06
Spülmittel (Sodaglaspulver) 0,4-2
Expansionsinhibitor (BaCl2) 0,5-3
Abbindebeschleuniger 1-3
Beimischung zum Festhalten von
Wasser 0,1-0,4
Mineraloxidpigmente 0-12
Beispiel I
Zu Vergleichszwecken wurde die Lösungsgeschwindigkeit in einer alkalischen Umgebung bei zwei handelsüblichen Gas Glasfaserverstärkungen aus Ε-Glas sowie bei zwei handelsüblichen alkalibeständigen Glasfasererzeugnissen vergl-ichen, bei denen es sich um die Erzeugnisse "CemFil (Zirkonglas) bzw. "K-Glas" handelte« Der Vergleich wurde bei zwei verschiedenen Temperaturen durchgeführt und erstreckte sich auf 26 Tage; die Ergebnisse sind in ppm angegeben.
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Tabelle 4
Lösliches Siliziumdioxid (SiO2) PP»
25°C
5O°C
1 Tag 7 Tage 28 Tage 1 Tag 7 Tage 28 Tage
Ε-Glas (Bezeichnung 13726-252OO) geschnittene Stränge, 12,7 mm 200 8400
Ε-Glas (Bezeichnung X 12 K 3 B) geschnittene Stränget 12,7 mm 1700
K-Glas (Bezeichnung 72B522464) geschnittene Stränge, 12,7 mm 400 3400
"CemFil" (0309308) (Zirkon) 12 mm Nr. 647 100
37 000 8 000 41 400 64 000
19 000 46 000 20 000 32 500 49 000
15 000 10 000 60 800 85 000 1525
1000 9900
33 000
In Jedem Fall wurden 20 g Fasern in Flaschen aus Polyäthylen in einer Lösung von 1,0 N NaOH gelagert. Die Menge des löslichen Siliziumdioxids wurde kolorimetrisch ermittelt.
Beispiel II
Die in der nachstehenden Tabelle 5 aufgeführten Massen wurden unter gründlichem Mischen der Bestandteile im trockenen Zustand hergestellt, bevor Wasser beigefügt wurde· Dann wurden die
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Aufschiämmungen unter ständigem Rühren 4 Std. lang auf etwa 93°C gehalten. Dann wurden die Aufschiämmungen gesiebt, und die Glasfasern wurden gesammelt, sauber abgespült und unter dem Elektronenmikroskop bei 10 000-facher Vergrößerung auf das Vorhandensein von Grübchen an der Oberfläche und andere Anzeichen für eine Korrosion der Fasern untersucht.
Tabelle 5 Zusammensetzung (Gewichtstelle)
ABCDE
Portlandzement
(0,896 Na2O) 0 0 0 40 0
Portlandzement
(0,496 Na2O) 40 40 40 0 40
gelöschter Kalk (0,2196 CaO) Natursand Kronglaspulver Inhibitor BaCl2 geschnittene E-Glasfasern, 12,7 mm (1/2")
geschnittene K-Glasfasern, 12,7 mm (1/2")
Wasser
Die Glasfasern hatten die folgende Zusammensetzung:
Alkalibeständiges K-Glas „ ,,,
(US-PS 3 861 925) ErGlas
7 7 7 7 7
50 50 50 50 50
1.5 1,5 0 0 O
0 2 2 0 0
2 2 2 0 0
0 0 0 2 0
200 200 200 200 200
SiO2 63,896 SiO2 52,696
TiO2 13,296 Al2O3 14,696
CaO 5,496 CaO 17,696
Na2O 15,096 MgO 4,096
K2O 2,696 B2O3 6,696
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Fe2O, - Spur Na2O - 1,496
Al2O3 - Spur K2O - 1,996
ZrOp - Spur organisches Bindemittel 1,3#
Bei den Massen A, B und D waren keine Zeichen für eine Oberflächenkorrosion festzustellenο Jedoch war bei den Massen C und E neben einer Oberflächenkorrosion eine Grübchenbildung zu beobachten. Hieraus ist ersichtlich, daß Kronglaspulver eine Schädigung der Glasfasern durch Alkali wirksam verhinderte·
Beispiel III
Fasern, die den im Beispiel II beschriebenen Bedingungen ausgesetzt worden waren, wurden bei der Herstellung von stabförmigen Mörtelprobestücken von 25,4 χ 25,4 χ 32 mm verwendet, deren Biegefestigkeit nach der Vorschrift ASTM-C-78, deren Zugfestigkeit nach der Vorschrift ASTM-C-190 und deren Druckfestigkeit nach der Vorschrift ASTM-C-109 geprüft wurden· Die Probestücke wurden zum Abbinden 28 Tage lang in einem feuchten Raum bei einer Temperatur von 24°C und einer relativen Feuchte von 9096 gehalten. Die Meßergebnisse sind in der folgenden Tabelle 6 zusammengestellt.
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Tabelle 6
Biegung; (MOR) Zugfestigkeit Druckfestigkeit kg/cm^ kg/cm2 kg/cm2
Probestück 28 Tage 28 Tage 28 Tage
Vergleichsmatrix ohne Fasern und
ohne Inhibitoren 44,3 5,6 337
(630 psi) (80 psi) (4800 psi)
2% E-Glasfasern
& Kronglas, Typ B
nach Beispiel II 84,4 31,6 271
(1200 psi) (450 psi) (3852 psi)
2% K-Glasfasern
ohne Inhibitoren,
Typ D nach
Beispiel II 80,8 36,9 295
(1150 psi) (525 psi) (4200 psi)
2?6 E-Glasfasern
& SiO5-MeM. 90,7 33,0 253
C. (1290 psi) (470 psi) (3600 psi)
Dieser Versuch veranschaulicht deutlich die Erfindung insofern, als es sich gezeigt hat, daß sich mit einer Bewehrung aus gewöhnlichem Glas, die normalerweise durch Alkali korrodiert wird, ebenso gute Ergebnisse erzielen lassen wie mit speziellen alkalibeständigen Glassorten, die jedoch teurer und nur begrenzt verfügbar sind, wenn das richtige Verhältnis von insgesamt vorhandenen Alkalien und Zement durch das als Inhibitor bzw. Hemmstoff verwendete "Spülmittel" bzw. "Abfangmittel" absorbiert wird.
Alle in den Unterlagen enthaltenen Angaben und Merkmale werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik, neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.
Ansprüche:
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Claims (1)

  1. ANSPRÜCHE
    U Mit Glas verstärktes Zementgemisch, das geeignet ist, in Fällen verwendet zu werden, in denen eine hohe Zugfestigkeit gefordert wird, z.B. zur Herstellung von Verbindungsflächen zwischen Betonklötzen od.dgl. oder bei der Herstellung von Betonerzeugnissen, dadurch gekennzeichnet , daß das Zementgemisch gegen eine zu einem Verlust an Zugfestigkeit führende Reaktion zwischen Alkalien und dem Glas widerstandsfähig ist, daß das Zementgemisch ein anorganisches zementhaltiges Bindemittel enthält, zu dem mindestens eine mit Alkalien reagierende Verbindung, Verstärkungsmaterial aus Glas und ein fein verteiltes, mit Alkalien reagierendes Spülmittel gehören, daβ das Spülmittel als Hauptbestandteil Siliziumdioxid enthält und gegenüber dem Alkaligehalt des Bindemittels eine Reaktionsfähigkeit hat, die erheblich größer 1st als die Reaktionsfähigkeit zwischen ihm und dem Verstärkungsmaterial, so daß der Alkaligehalt des Bindemittels im Gegensatz zu dem zur Verstärkung dienenden Glas bevorzugt mit dem Spülmittel reagiert, und daß die Menge des Spülmittels auf der Basis seines Gehalts an Siliziumdioxid mindestens dem stöchiometrischen Verhältnis zwischen dem Siliziumdioxid und dem Alkaligehalt des Bindemittels entspricht.
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    OWGMNAL INSPECTED
    2. Zementgemisch bzw· Masse nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des fein verteilten Spülmittels etwa 30 - 325 Maschen Je Zoll entspricht.
    3· Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumdioxid in dem mit Alkali reagierenden Spülmittel In einem alkalischen Medium eine Löslichkeit besitzt, die mindestens doppelt so hoch ist wie die Löslichkeit des zur Verstärkung dienenden Glases·
    4. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des vorhandenen Spülmittels auf der Basis seines Gehalts an Siliziumdioxid zwischen dem stöchiometrisch erforderlichen Verhältnis und einem fünffachen Überschuß gegenüber dem Alkaligehalt des Bindemittels liegt.
    5. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülmittel einen Gehalt an Siliziumdioxid von mindestens 65# hat.
    6. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zementgemisch außerdem einen Stoff enthält, der hemmend auf Reaktionen zwischen Alkalien und Zuschlagsstoffen wirkt, die eine Ausdehnung herbeiführen würden·
    7. Masse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu
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    dem als Inhibitor wirksamen Stoff ein wasserlösliches Salz eines Metalls gehört, das aus der Gruppe gewählt ist, die Strontium, Barium, Lithium, Zinn, Antimon und Wismut umfaßt.
    8. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der aus Glas bestehenden Verstärkung zerkleinerte Fasern aus gewöhnlichem, gegenüber Alkalien nicht widerstandsfähigem Ε-Glas gehören«
    9· Als Verstärkungsmaterial Glas enthaltendes Zementgemisch, das geeignet ist, in Fällen verwendet zu werden, in denen eine hohe Zugfestigkeit gefordert wird, z.B. zum Herstellen einer Flächenverbindung zwischen Zementblöcken od.dgl, oder bei der Herstellung von Erzeugnissen aus Beton, dadurch gekennzeichnet , daß das Zementgemisch gegen eine zu einem Verlust an Zugfestigkeit führende Reaktion zwischen Alkalien und Glas widerstandsfähig ist, daß das Zementgemisch die nachstehenden Stoffe in den angegebenen Mengen enthält:
    Gewichtsteile
    Portlandzement 100
    gelöschter Kalk 0-30
    alkaliempfindliche Verstärkungselemente aus E-Glas 2-15
    Füllstoff 0-300
    Beigaben an Zusatzstoffen 1-20
    Inhibitor für eine zur Ausdehnung
    führende Reaktion zwischen Alkali
    und Zuschlägen (ASTM-C-441) 0-15
    Fein verteiltes, mit Alkali reagierendes Spülmittel, das mindestens 6# SiO2 enthält 1-7
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    und daß das Spülmittel gegenüber dem Alkallgehalt des Portlandzements eine Reaktionsfähigkeit hat, die erheblich grosser ist als die Reaktionsfähigkeit zwischen ihm und den Verstärkungselementen aus Glas, so daß der Alkaligehalt des Portlandzements im Vergleich zu den Ve rs tärkungs elementen aus Glas bevorzugt mit dem Spülmittel reagiert.
    10· Masse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Spülmittel Siliziumdioxidmehl mit einer Korngröße entsprechend 30 bis 325 Maschen je Zoll gehört.
    11. Masse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Spülmittel pulverisiertes Kronglas mit einer Korngröße entsprechend 30 bis 325 Maschen Je Zoll gehört«
    12. Masse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu den beigemischten Zusatzstoffen mindestens einer gehört, der aus der Gruppe gewählt ist, zu der Pigmente gehören, ferner Weichmacher, Beimischungen zum Verringern des Wassergehalts, Beimischungen zum Abdichten gegen Wasser, Schrumpfungskompensatoren, Abbindebeschleuniger, Verzögerer, Gas bildende Stoffe, Beimischungen zum Einführen von Luft sowie Beimischungen zum Festhalten von Wasser.
    13. Masse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse die nachstehend genannten Stoffe in den angegebenen Mengen enthält:
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    Gewichtsteile
    Portlandzement (0,3$ Na2O) 100
    gelöschter Kalk 13-22
    zerkleinerte Glasfasern zur Verstärkung, 12,7 »β lang 4-7
    feiner Sand als Füllstoff (20 Maschen
    je Zoll) 100-160
    beigemischte Zusatzstoffe:
    Beimischung zur Beschleunigung
    des Abbindens 1-3
    Beimischung zum Festhalten von
    Wasser 0,1-0,4
    Mineraloxidpigmente 0-12
    BaCIp als Expansionsinhibitor 0,5-3
    Kronglas als Spülmittel, Korngröße
    30-323 Maschen Je Zoll 0,4-2
    14· Unterlage, gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Überzugs aus einem Flächenverbindungszement aus der Masse nach Anspruch 9·
    15· Mit Glas verstärktes Erzeugnis aus Zement, gekennzeichnet durch seine Herstellung aus einer Zementmasse nach Anspruch 9·
    16. Verfahren zum Hemmen einer Reaktion zwischen Alkali und Glas bei einer Zementmasse, die eine alkaliempfindliche Verstärkung aus Glas und ein alkalisches anorganisches zementhaltlges Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem alkalischen anorganischen Bindemittel und der Verstärkung aus Glas ein fein verteiltes, mit Alkalien reagierendes Spülmittel gemischt wird, das als Hauptbestand-
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    - 28 -
    teil Siliziumdioxid enthält, daß das Spülmittel gegenüber dem Alkaligehalt des zementhaltigen Bindemittels eine Reaktionsfähigkeit hat, die erheblich höher ist als die Reaktionsfähigkeit zwischen ihm und der Verstärkung aus Glas, so daß der Alkaligehalt des Bindemittels mit dem Spülmittel im Vergleich zu der Verstärkung aus Glas bevorzugt reagiert, und daß das mit Alkalien reagierende Spülmittel auf der Basis des Gehalts an Siliziumdioxid in einer Menge beigefügt wird, die mindestens dem stöchlometrischen Verhältnis zum Alkaligehalt des Bindemittels entspricht«
    17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülmittel dem alkalischen anorganischen Bindemittel und der Verstärkung aus Glas bezogen auf den Gehalt an Siliziumdioxid in einer Menge beigemischt wird, die zwischen dem stöchlometrisch erforderlichen Verhältnis und einem fünffachen Überschuß gegenüber dem Alkallgehalt des Bindemittels liegt.
    18» Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem alkalischen anorganischen Bindemittel und der Verstärkung aus Glas außerdem ein Stoff gemischt wird, der hemmend auf Reaktionen zwischen Alkallen und Zuschlagsstoffen wirkt, welche zu einer Ausdehnung führen würden·
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