DE2737058A1 - Zementgebundener baustoff, der mit fasern bewehrt ist und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Zementgebundener baustoff, der mit fasern bewehrt ist und verfahren zur herstellung desselben

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DE2737058A1
DE2737058A1 DE19772737058 DE2737058A DE2737058A1 DE 2737058 A1 DE2737058 A1 DE 2737058A1 DE 19772737058 DE19772737058 DE 19772737058 DE 2737058 A DE2737058 A DE 2737058A DE 2737058 A1 DE2737058 A1 DE 2737058A1
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DE19772737058
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Malcolm Douglas Campbell
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/18Waste materials; Refuse organic
    • C04B18/24Vegetable refuse, e.g. rice husks, maize-ear refuse; Cellulosic materials, e.g. paper, cork
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

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Description

  • Zementgebundener Baustoff,der mit
  • Fasern bewehrt ist und Verfahren zur Herstellung desselben Die Erfindung betrifft einen zementgebundenen Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist. Zementgebundene Baustoffe weisen die Eigenschaft auf, dass sie brüchig sind und im nicht-bewehrten Zustand keine nennenswerte Zugfestigkeit aufweisen. Diese Nachteile können'mittels einer Bewehrung aus Fasern behoben werden.
  • Kunstfasern, beispielsweise Fasern aus Glas, Stahl, Kohlenstoff oder organischen Polymeren, die zur Zeit erhältlich sind, können eine zufriedenstellende Bewehrung von zementgebundenen Baustoffen bilden, jedoch beschränken die hohen Kosten solcher Fasern, verglichen mit den Kosten von Zement ihre Verwendung auf besondere Anwendungsbereiche.
  • Fasern aus Asbestfaserstoff werden ebenfalls zur Bewehrung von Zement verwendet, jedoch ist ihre Verwendung auf Grund der damit auftretenden Gefährdung der Gesundheit nicht wünschenswert. Natürlich vorkommende Zellulosefasern bilden eine alternative Bewehrung, um zementgebundene Baustoffe zu verbessern. Solche Fasern können als zwei Klassen zugehörig betrachtet werden: Fasern des Typus I Fasern von Holzfaserstoffen, die nicht einfach zusammenfallen und nicht selbstbindend sind. Ueblicherweise werden diese Fasern in grossen Mengen durch eine bei hoher Temperatur verlaufenden thermomechanische Behandlung von Pflanzen, die Zellulosefasern enthalten, erzeugt. Fasern dieses Typus, die im Handel erhältlich sind, sind beispielsweise solche, die durch das "Asplund"-Verfahren,das bei hohen Temperaturen verläuft und zur Herstellung von Hartfaserplatten verwendet wird, erzeugt. Diese sind jedoch im allgemeinen zur Verwendung in Papier herstellenden Anwendungsgebieten nicht zweckdienlich. Ihre Herstellungskosten sind verhältnismässig tief.
  • Fasern des Typus II Dieses sind Fasern, die einfach zusammenfallen und selbstbindend sind und können als Papier bildende oder zur Papiererzeugung verwendbare Fasern bezeichnet werden. Diese Fasern können entweder mittels eine kleine Ausbeute erzeugenden chemischen Verfahren oder mittels eine hohe Ausbeute erzeugenden mechanischen Verfahren, die bei tiefer Temperatur verlaufen, erzeugt werden. Falls chemische Verfahren verwendet werden, sind die Kosten dieser Fasern hoch. HandelsÜbliche Verfahren zur Herstellung dieses Typus von Fasern sind beispielsweise das Kraft "Kraft"-Verfahren und die bei tiefer Temperatur verlaufenden ScheibenmUhlen-Verfahren.
  • Es ist schon vorgeschlagen worden, zur Bewehrung von zementgebundenen Baustoffen Papier bildende Fasern des Typus II zu verwenden. Wenn jedoch solche Fasern verwendet werden, treten beim Mischen des Fasermatrixbreies beträchtliche Schwierigkeiten auf. Daher müssen die Fasern in eine dUnnflüssige, wässrige Suspension mittels einem Schlagwerk eingebracht werden, oder darin verteilt werden, bevor sie in den Brei der Matrix eingebracht werden. Bei Zementen mit einem kleinen Wasseranteil ballen sich diese Fasern zusammen und die Folge davon ist, dass die Stärke des zusammengesetzten Erzeugnisses merkbar verringert ist.
  • Fasern die Papier bildend sind und dem Typus II angehören, sind ebenfalls für eine Verwendung in zementgebundenen Baustoffen vorgeschlagen worden, wie es in der US-PS 3 753 749 vom 21.August 1973 beschrieben ist. Diese Verwendung bildet jedoch keine Bewehrung.
  • Es ist nun überraschend gefunden worden, dass die oben erwähnten, den Fasern des Typus II eigenen Nachteile nicht auftreten, wenn Fasern des Typus I als Bewehrung verwendet werden.
  • Gemäss einer Hinsicht der vorliegenden Erfindung ist ein zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist, geschaffen, der eine zementgebundene Matrix aufweist, in welcher nicht Papier bildende Holzfaserstoffasern angeordnet sind, die annähernd vollständig nicht zusammenfallen und nicht selbstgebunden sind.
  • Gemäss einer anderen Hinsicht, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von mittels Fasern bewehrten zementgebundenem Baustoff, dadurch gekennzeichnet, dass (i) ein pflanzlicher Stoff, der Zellulose enthält, bei einer Temperatur zerfasert wird, die grösser ist, als die Glasumwandlungstemperatur des Iiolzfaserstoff-Bindestoffes der Zellulosefasern und das die dabei erzeugten Fasern voneinander getrennt werden; (ii) ein flüssiger Brei eines zementösen Stoffes hergestellt wird, in welchem das Verhältnis Wasser/Zement weniger als 1:1 beträgt; (iii) die durch den Schritt (i) erzeugten Fasern, mit den durch den Schritt (ii) erzeugten flüssigen Brei vermischt werden, im Verhältnis 0,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% der Fasern, basiert auf das Gewicht des Zements, und (iv) das Erzeugnis ausgehärtet wird oder sich selbst aushärtet.
  • In einer weiteren Hinsicht betrifft die Erfindung einen zementgebundenen Baustoff der mit Fasern bewehrt ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine zementgebundene Matrix aufweist, in welcher Zellulosefasern verteilt angeordnet sind, die durch eine bei hoher Temperatur verlaufenden thermomechanische Zerfaserung von Zellulosefasern enthaltende Pflanzen erzeugt sind, wobei die Zerfaserung bei einer Temperatur verläuft, die mindestens 100C höher ist als die Glasumwandlungstemperatur des Holzfaserstoff-Bindestoffs; der in Pflanzen, die Zellulosefasern aufweisen, vorhanden ist.
  • Solche mit Fasern bewehrte Baustoffe können zusätzlich einen Anteil von Kunstfasern, Asbestfaserstoff-Fasern oder Papier bildenden Fasern enthalten. Mit Vorteil ist der Anteil nicht Papier bildenden Zellulosefasern mindestens 10 Volumen-% der insgesamten Fasern, die im zementgebundenen Baustoff vorhanden sind. Mit Vorteil beträgt die Faserlänge der Zellulosefasern weniger als õ mm und ein Aspektverhältnis (Länge der Fasern geteilt durch den durchschnittlichen Faserdurchmesser) der grösser ist als 10 und weisen einen rohrförmigen Aufbau auf. In der Matrix verbleiben solche Fasern annähernd vollständig in einem nicht-zusammengedrückten Zustand. Die Fasern können in der Form von einzelnen Fasern oder Faserbüscheln vorhanden sein, jedoch ist mit Vorteil das Aspektverhältnis eines solchen Bündels grösser als 10.
  • Es ist gefunden worden, dass ein bei hoher Temperatur verlaufendes thermomecanisches Verfahren, bei welchem chemisch vorbehandelte Späne verwendet werden, die zweckdienlichsten Bewehrungsfasern erzeugt. Die während der Zerfaserung vorhandene Temperatur sollte beträchtlich über derjenigen Temperatur sein, die üblicherweise bei der Herstellung von Papier bildenden Fasern mittels thermomechanischer Verfahren verwendet wird. Es wird angenommen, dass die Wirkung, die bei den Fasern auftritt, daher entsteht, weil der Wert der Glasumwandlungstemperatur des Holzfaserstoff-Bindestoffes überschritten wird. Fasern, die in dieser Weise hergestellt werden, fallen nicht einfach zusammen oder werden nicht einfach zusammengedrUckt, um damit eine Selbstbindung zu erzeugen die eine Verfilzung bildet, und daher sind solche Fasern zur Herstellung von Papier nicht zweckdienlich.
  • Falls sie mit einer zementgebundenen Matrix zusammen verwendet werden, verbleiben diese Fasern annähernd in ihrer ursprünglichen Form, d.h. sie werden nicht zusammengedrückt.
  • Die Faserstruktur ist im allgemeinen gleich derjenigen eines hohlen Rohres, dessen beide Enden geschlossen sind.
  • Zellulosefasern nach dem Typus I können in den Zement enthaltenden Brei eingebracht werden, ohne dass besondere Mischverfahren notwendig sind. Zusätzlich ist keine besondere Mischfolge notwendig. Die Fasern verteilen sich einfach, sogar wenn grosse Mengen Zuschlagstoffe vorhanden sind und werden während des Mischens nicht wesentlich beeinflusst. Es werden auch keine besondere Formgebungsverfahren oder Nachbearbeitungen notwendig, obwohl eine Vibrationsverdichtung notwendig sein kann. Falls die Fasern Mörtelgeiischen zugefügt werden, kann ein Stoff zur Forderung der Entlüftung notwendig sein. Matrixstoffe, die zur Ausführung dieser Erfindung verwendbar sind, sind unter anderem folgende: (i) herkömmlicher Portland-Zement (OPC); (ii) Zement mit hohem Aluminiumoxidanteil (HAC); (iii) ein Mörtel, der folgendes aufweist: OPC und Sand, oder HAC und Sand.
  • Ueblicherweise ist das Sand/Zement-Verhältnis weniger 10: 1 bezogen auf das Gewicht und mit Vorteil C5:1 bezogen auf das Gewicht; (iv) ein Gemisch bestehend aus: OPC und Zuschlagstoff, oder HAC und Zuschlagstoff; Das Verhältnis Zuschlagstoff zu Zement ist üblicherweise weniger als 10:1 bezogen auf das Gewicht und die grösste Abmessung des Zuschlagstoffes unterhalb 40 mm; (v) ein Matrixstoff gemäss einem der Stoffe (i)-(iv),jedoch zusätzlich noch ein reaktives Silizium-haltiges Material enthaltend.
  • Mit Vorteil ist für alle Matrixstoffe (i)-(v) das Verhältnis Wasser/Zement weniger als 1:1 bezogen auf das Gewicht und mit Vorteil weniger als 0,5 bis 1 bezogen auf das Gewicht.
  • Mit Vorteil enthalten die zementgebundenen Baustoffe, die gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, 0,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Holzfaserstoff-Fasern, bezogen auf das Gewicht von Zement.
  • Die Fasern nach dem Typus I können mit den Fasern nach dem Typus II vermischt werden, um die Eigenschaften des zementgebundenen Gemisches zu verbessern. Die Verwendung einer Mischung, die Fasern nach dem Typus I enthält, lässt zu, dass Abfallpapier als Quelle zur Herstellung dieser Fasern verwendet werden kann. Die Auswahl des Typus der bewehrenden Fasern bestimmt die Fliesseigenschaften des Fasermatrixbreies und die mechanischen Eigenschaften des erzeugten Baustoffes.
  • Die Zugabe von Fasern gemäss des Typus II zum Natrixstoff hat folgende Auswirkung zur Folge: 1. verbesserte Zähigkeit, 2. Verminderung von Rissen, die während des Aushärtens auf Grund der Volumenverminderung auftreten (Schwundrisse), 3. Verminderung der Dichte, 4. Verminderung der Rissbildung auf Grund von gefrieren und tauen, 5. verbesserte, früh eintretende Stärke.
  • Dieselben Auswirkungen können in einem grösseren oder kleineren Ausmass durch die Verwendung von Fasern gemäss des Typus I erzeugt werden. Wenn Fasern nach dem Typus II verwendet werden, treten beträchtliche Schwierigkeiten beim Mischen des Faser/Matrixbreies auf. Bei der Verwendung von Fasern nach dem Typus I ist jedoch gefunden worden, dass das Vermischen des Faser/Matrixbreies sehr verbessert ist, dass die Dichte des Erzeugnisses merkbar vermindert ist und dass die Verbindung mit Wasser der Matrix damit unterstützt wird.
  • Es wurde die Formbarkeit der Breie, die Fasern nach dem Typus I und nach dem Typus II enthalten, miteinander verglichen. Es ist gefunden worden, dass es bei einem herkömmlichen Brei von Portland-Zement notwendig war, um dieselbe Verformbarkeit zu erreichen, wenigstens 20% mehr Wasser demjenigen Brei zuzuführen, der die Fasern nach dem Typus II aufweisen.
  • Wie vorher erwähnt wurde, erzeugen Faser nach dem Typus I ein Erzeugnis kleinerer Dichte und die Fasern unterstützten die Verbindung mit Wasser (Hydration) der Matrix.
  • Es wird angenommen, dass der Grund zu dieser Erscheinung ist, dass die lichte Weite der Faser nach dem Typus I mit Feuchtigkeit gefüllt ist, währenddem das Mischen des Fasermatrixbreies durchgeführt wird. Sobald die Matrix einstweilig ausgehärtet ist, steht das Wasser, das in diesem lichten Volumen der Fasern eingefangen ist, zur Verfügung um die Hydration der Matrix zu unterstützen. Die Entfernung des Wassers aus dieser lichten Weite der Faser lässt eine hohle, rohrförmige Bewehrungsfaser zurück. Sobald das Erzeugnis ausgehärtet und getrocknet ist, unterstützen die hohlen Fasern eine Verminderung der Dichte des Erzeugnisses. Die Fasern nach dem Typus II verbleiben während des Mischens des Fasermatrixbreies und des nachfolgenden Aushärtens der Matrix annähern vollständig unaufgequollen. Obwohl einiges Wasser in den Wänden der Fasern absorbiert wird und später,währenddem die Matrix aushärtet und austrocknet, desorbiert wird, ist die Auswirkung auf das Aushärten der Matrix nicht so bemerkenswert als wenn Fasern nach dem Typus 1 verwendet werden. Die Dichte der Fasern nach dem Typus II ist höher als diejenige der nicht-zusammengedrückten Fasern des Typus I, ist jedoch weniger als diejenige der Matrix. Beispielsweise beträgt die Dichte der Fasern nach dem Typus I der Pinus radiata ungefähr 0,5 g/cc, währenddem die Fasern nach dem Typus II eine Dichte von ungefähr 1,5 g/cc aufweisen.
  • Daher wird die Zugabe von Fasern nach dem Typus II zur Matrix auch die Dichte des Baustoffes vermindern.
  • Die mechanischen Eigenschaften der Baustoffe, welche mit Fasern nach dem Typus II bewehrt sind, können besser sein als die Eigenschaften der Baustoffe, die Fasern nach dem Typus I aufweisen. Weil die Fasern nach dem Typus II zusammengedrückt sind, sind ihre wirksamen Zugfestigkeiten höher und ihre Poisson'sche Zahl tiefer als diejenige der nicht zusammengedrückten Fasern des Typus I derselben Holzsorte. D.h., dass von der Matrix eine grössere Zugspannung auf die Faser übertragen werden kann und daher sind die mechanischen Eigenschaften des Baustoffes höher für die Fasern nach dem Typus II als für die Fasern nach dem Typus I. In der Praxis ist es jedoch nicht immer möglich, bessere Eigenschaften von Baustoffen mit Fasern des Typus II zu erhalten, weil die Breie, die die Fasern nach dem Typus II aufweisen, schlecht verarbeitbar sind.
  • Es ist offensichtlich, dass Baustoffe, die ausschliesslich entweder nur Fasern nach dem Typus I oder nur Fasern nach dem Typus 11 aufweisen, die äussersten zwei Grenzen eines Bereiches bilden. Eine vernünftige Kombination der zwei Typen der Fasern bewirkt, dass die Eigenschaften des bewehrten Baustoffes für irgendeine besondere Anwendung optimalisiert werden können. Dieses ist insbesondere wichtig beim Mischen des Fasermatrixbreies. Eine Mischung, die 50% von Fasern nach dem Typus I und 50% von Fasern nach dem Typus II aufweist, welche nass gemischt und dann getrocknet wurden, können ohne ein vorheriges Einweichen trocken gemischt werden. Dieses Gemisch würde nicht merkbar mehr Wasser benötigen als ein Gemisch, das 100% von Fasern nach dem Typus I aufweist, um damit eine gleichförmige Bearbeitbarkeit zu erreichen.
  • Es ist auch offensichtlich, dass Fasern die Eigenschaften aufweisen, die etwa denen einer Mischung von Fasern nach dem Typus I und Fasern nach dem Typus II entsprechen (d.h. Fasern, die teilweise zusammengedrückt sind), erzeugt werden können, indem die Zerfaserungsverfahren verändert werden (z.B. Fasern nach dem Typus I, welche in verschiedenen Ausmassen geschlagen oder entholzt wurden). Wieder können die endgültigen Eigenschaften des Baustoffes durch Verwendung solcher Fasern verändert und optimalisiert werden.
  • Dieses ist teilweise wichtig, wenn eine besondere Bearbeitbarkeit benötigt ist, oder falls ein unter Unterdruck durchgeführtes Entwässern angewendet wird und das Ausmass der Entwässerung einen wichtigen Parameter bildet.
  • Die Eigenschaft der Zellulosefasern und ihre kleine Länge (üblicherweise weniger als 6mm) bedeutet, dass obwohl die Biegsamkeit der Baustoffe hoch ist, diese nicht so hoch ist, wie wenn eine Bewehrung mit Kunstfasern verwendet würde. Wo es für eine besondere Anwendung notwendig ist, kann dieses berichtigt werden, indem in den herzustellenden Baustoff ein Gemisch aus Zellulosefasern und Kunstfasern eingebracht wird. Zweckdienliche Kunstfasern sind solche, die aus Glas, Stahl, Kohlenstoff oder organischen Polymeren hergestellt sind.
  • Natürliche lange Fasern (z.B. Asbest) können ebenfalls zusammen mit den Zellulosefasern verwendet werden.
  • Zusammensetzungen dieser Art, welche Fasern nach dem Typus II verwenden, können mittels des "Hatschek" oder "Mazza"-Verfahrens hergestellt werden und solche Erzeugnisse sind schon längere Zeit im Handel erhältlich. Der Ersatz eines Teiles von Fasern nach dem Typus II mit Fasern nach dem Typus I in diesen Stoffen lässt höhere Herstellungsmengen zu, welches von den verringerten Zeitspannen zur Entwässrung herrührt. Ebenfalls ist ein Erzeugnis mit kleinerer Dichte und tieferer Herstellungskosten herstellbar. Die Fasern nach dem Typus II können mit den Verfahren nach "Hatschek" oder "Mazza" verwendet werden, auf Grund der tiefen (ungefähr 69) Feststoffanteile im Brei aus Zementfasern und Wasser.
  • Es ist nicht möglich, diese Fasern zu verwenden, falls die Verfahren gemäss "Magnani" oder Manville" verwendet werden, weil in einem solchen Brei ein hoher Anteil Feststoffe (ungefähr 25-45t) vorhanden ist. Bei solchen Mengen Feststoffanteilen ballen sich die Fasern nach dem Typus II zusammen.
  • Jedoch können die Fasern nach dem Typus I bei diesen Verfahren verwendet werden, dieses auf Grund der nicht-bindenden Eigenschaften dieser Zellstoffe. D.h., dass das Ersetzen von Asbestfasern mit Zellulosefasern kann auf Erzeugnisse ausgedehnt werden, die mittels dieser Verfahren hergestellt wurden.
  • Es ist gefunden worden, dass die wünschenswerten Auswirkungen der Fasern nach dem Typus I in einen verwertbaren Ausmass erzielt werden können, wenn nur 108 dieser Fasern, bezogen auf das Volumen der totalen Fasermischung, vorhanden sind.
  • GEGENSEITIGE EINWIRKUNG VON MATRIX-FASERN Es ist wohl bekannt, dass wenn ein Holzbrei und Zementbrei miteinander in BerUhrung kommen, das Aushärten des Zementes unterbunden wird. Es wird angenommen, dass dieses daher rührt, dass Alkali-lösliche Extraktivstoffe aus dem Holz ausgelaugt und in den Zement eingebracht werden. Es ist zu erwarten, dass diese Schwierigkeit auch auftritt, wenn Holzfasern und Zementbrei miteinander vermischt werden, wenn diese Extraktivstoffe vorhanden sind.
  • Bei der Verwendung von Fasern nach dem Typus II tritt diese Schwierigkeit nicht auf, falls diese Fasern mittels chemischen Verfahren gewonnen wurden, bei welchen alle Extraktivstoffe entfernt worden sind.
  • Es ist gefunden worden, dass bei der Verwendung von Fasern nach dem Typus I, falls die Holzspäne chemisch behandelt werden, bevor die Zerfaserung durchgeführt wird, diese Fasern das Aushärten des Zementes nicht verzögern.
  • Eine Vorbehandlung der Späne ist eine Behandlung der Fasern vorzuziehen, weil die Beigabe von chemischen Stoffen das Zerfaserungsverfahren unterstützt. Zweckdienliche chemische Stoffe sind unter anderem Natriumsulfit (schwefligsaures Natron) und Aetznatron (Natronhydrat). Bei einigen Holzarten ist die Zugabe von chemischen Stoffen nicht unbedingt notwendig, weil ein gründliches Waschen des Breies genügt, um die gegenseitige Einwirkung von Zement und Fasern auf einem annehmbaren Niveau zu halten.
  • Nachfolgend wird nun der Erfindungsgegenstand unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele näher erläutert: BEISPIEL 1: OPC Normmischung Ein Brei der 600 g OPC und 240 ml Wasser enthält, wurde mittels eines Labor-Doppelpaddel-Rührers vorbereitet.
  • Prüfstücke wurden hergestellt, indem der Brei in Gussformen mit den Abmessungen 50mm x 120mm x 60mm hineingeleert wurde. Nach einer Zeitspanne von 24 Stunden wurden die Prüfstücke aus den Formen entnommen, benezt und in einem Polyethylenfilm eingeschlossen und versiegelt. Nach einer Woche wurden die Prüfstücke aus dem Polyethylenfilm entfernt und im Labor gestapelt. Die Prüfstücke wurden dann nach 14 und 28 Tagen, vom Tag der Herstellung an gerechnet, geprüft. Es wurde ein Biegeversuch durchgeführt, bei welchem an zwei Punkten unterstützt und bei einem Punkt belastet wurde. Der Abstand der zwei Stützen war 100 mm und die Zunahme der Belastung 5 mm/min. Die Werte vom Zerreiss-Modul, die erhalten wurden, waren 4,7 MPa bei 14 Tagen und 5,5 MPa bei 28 Tagen.
  • Die Prüflinge wiesen die Anzeigen des Sprödbruches auf.
  • BEISPIEL 2: OPC Norsmischung mit Fasern nach Typus I Die Prüfstücke wurden hergestellt und geprüft, wie es in Beispiel 1 durchgeführt wurde, jedoch wurde dem Brei eine Zugabe von 15 g Holzfasern nach dem Typus I gegeben.
  • Die ilolzfasern wurden von Spänen der Pinus radiata hergestellt. 300 g der Späne wurden in 1500 ml Wasser, das 25 g Natriumsulfit enthielt,Vakuum imprägniert. Diese Späne wurden dann in einen "Asplund" Ausführung D Laborzerfaserer eingeführt und während 4 Minuten bei einem Druck von 0,69 MPa (1700C) vorgedampft. Dann wurde der Zerfaserer in Betrieb gesetzt und während 30 Sekunden betrieben. Die damit erzeugte Masse wurde dann gewaschen und Luft getrocknet. 15 g dieser Masse wurde dem Zement/Wasserbrei zugegeben.
  • Der Zerreissmodul der Proben war 8,5 MPa nach 14 Tagen, 9,5 MPa nach 28 Tagen und 10,1 MPa bei 150 Tagen.
  • Die Prüflinge wiesen die Anzeigen eines Formungsbruches auf.
  • BEISPIEL 3: Teilweiser Ersatz der Fasern nach dem Typus II mittels Fasern des Typus I Es wurden zwei Gemische vom OPC hergestellt, wobei das Verhältnis Wasser:Zement 0,4 gewählt wurde und 2,58 Zellulosefasern vorhanden waren. In einem Fall waren diese Fasern aus 2 Gewichtsteilen der Fasern nach Typus I, wie im Beispiel 2 beschrieben ist und einem Teil von Fasern nach dem Typus II, die von der Pinus radiata mittels des "Kraft"-Verfahrens hergestellt wurden, zusammengesetzt. Im anderen Fall waren die Fasern ausschliesslich Fasern nach dem Typus II. In beiden Fällen ergaben Biegeprüfungen einen Zerreissmodul von 10,3 nach 28 Tagen, welches andeutet, dass kein Verlust an Biegefestigkeit auftritt, wenn einige der Fasern nach dem Typus II durch Fasern nach dem Typus I ersetzt werden. Jedoch gab es einen merkbaren Unterschied bezüglich der Einfachheit, mit welcher sich die gemischten Fasern im Zement verteilten. Es war auch möglich, die Mischwung, welche die zusammengemischten Fasern enthält, herzustellen, ohne dass zuerst ein Brei von Fasern in zusätzlichem Wasser gebildet wurde.
  • BEISPIEL 4: HAC Normmischung fin Brei,der 600 g HAC und 150 ml Wasser enthielt, wurde mittels eines Labor-Doppelpaddel-Rührers vorbereitet.
  • Prüflinge wurden hergestellt und geprüft, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Der Zerreissmodul, der nach 14 Tagen getestet wurde, war 9,4 MPa.
  • Zusätzlich wurden Prüfstücke mit Abmessungen von lSOmm x 150mm x 6mm hergestellt, um damit eine Kerbschlagprüfung durchzuführen. Die während des Brechens im Kerbschlagprüfer (mit Pendelhammer) aufgenommene Energie wurde auf der Maschinenskala nach 14 Tagen als 72 Einheiten abgelesen.
  • BEISPIEL 5: HAC Normmischung mit Fasern nach dem Typus I Ein Brei, der 600 g HAC, 180 ml Wasser und 15 g der Faser nach dem Typus I, die in Beispiel 2 beschrieben sind, enthielt, wurde mittels eines Labor-Zwillingspaddel-Rührers hergestellt. Es wurden Prüflinge zur Durchführung von Biege- und Kerbschlag-Zähigkeitversuchen hergestellt, wie es in Beispiel 4 beschrieben ist. Der Zerreissmodul nach 14 Tagen 9,4 MPa und die Kerbschlagzähigkeit war 376 Einheiten auf der Maschinenskala, welches ein beträchliches Anwachsen der Zähigkeit offenbart.
  • BEISPIEL 6: Mörtel-Normmischung Ein Brei, der 3 kg OPC, 9 kg gewaschenen Sand und 1,65 1 Wasser enthält, wurde in einen Labormischer vorbereitet. Prüflinge wurden hergestellt, indem der Brei in Gussformen mit der Abmessung 50 x 250 x 13mm eingeführt wurde. Nach 24 Stunden wurden die Prüfstücke aus'dem Formen entnommen, benetzt und in einem Polyethylenfilm eingeschlossen und versiegelt. Nach einer Woche wurden die Prüfstücke aus dem Polyethylenfilm entnommen und im Labor gestapelt.
  • Die Prüflinge wurden wieder einer Biegebelastung mit drei Auflagepunkten ausgesetzt. Der Abstand der zwei Stützen war 200 mm und die Zunahme der Belastung 500mm/min. Der Zerreissmodul wurde bei 28 Tagen mit 5,5 MPa gemessen.
  • Zusätzlich wurden Prüfstücke mit einer Abmessung von 150 x 150 x 6 mm hergestellt, um damit einen Kerbschlagversuch durchzuführen. Die bei dieser Prüfung aufgenommene Energie ist in den Fig. 1 gezeigt, in Funktion der Zeit nach der Herstellung.
  • BEISPIEL 7: Normmörtelmischung mit Fasern nach dem Typus 1 Ein Brei, der 3 kg OCP, 9 kg gewaschenen Sand, 1,8 1 Wasser und 76 g der Faser nach dem Typus I, wie es in Beispiel 2 beschrieben ist, enthält, wurde in einem Labormischer hergestellt. Prüflinge, die den Biegeversuch und Kerbschlagversuch entsprechen wurden hergestellt, wie es in Beispiel 6 beschrieben ist. Der Zerreissmodul nach 28 Tagen war 5,4 MPa. Die Kerbschlagzähigkeit-Prüfergebnisse sind ebenfalls in der Fig. 1 gezeigt. Diese zeigt, dass die Kerbschlagarbeit ungefähr doppelt so gross ist, als diejenige eines herkömmlichen Mörtelgemisches ohne zusätzliche Fasern.
  • BEISPIEL 8: Auswirkung des Wasser/Zementverhältnisses auf die mechanischen Eigenschaften der Fasern nach dem Typus I und Typus II Prüflinge der OPC-Mischung, die Fasern nach dem Typus I enthalten, wurden gemäss dem Beispiel 2 hergestellt, indem die Verhältnisse der Anteile Wasser:Zement geändert wurden. Zum Vergleich wurden OPC-Prüflinge hergestellt, die Fasern nach dem Typus II enthalten, aber in diesem Fall war es notwendig, die Fasern in (ungefähr) 2 1 Wasser aufzulösen.
  • Dieser Brei wurde dann entwässert, bis der Anteil an verbleibendem Wasser gleich demjenigen war, der notwendig ist ein zweckdienliches Wasser:Zementverhältnis zu erhalten.
  • Der Brei wurde dann mit dem Zementpulver gemischt und Prüflinge hergestellt, wie es für die Faser nach dem Typus I gemacht wurde. Der Zerreissmodul wurde nach 28 Tagen gemessen und die Ergebnisse in Abhängigkeit des Wasser:Zementverhältnisses aufgezeichnet, wie es in Beispiel 2 gezeigt ist. Dieses beweist, dass die Faser nach dem Typus I bei kleinen Wasser:Zementverhältnissen besser sind, als diejenigen des Typus II.
  • BEISPIEL 9: Vergleich der Dichte und dem Ausmass des Aushärtens von Prüflinge die Fasern nach dem Typus I und Fasern nach dem Typus II enthalten Ein Brei von 600 g OPC, 260 ml und 30 g der Fasern nach dem Typus I, die in Beispiel 2 beschrieben sind, wurde in eine Gussform gegeben, die eine Länge von 100 mm und einen Druchmesser von 50mm aufweist. Ein Brei, der 600 g OPC, 260 ml Wasser und 30 g Fasern nach dem Typus II aufweist, wurde mittels des "Kraft"-Verfahrens vom Holz der Pinus radiata hergestellt und in eine Gussform gegeben, die 100 mm lang war und einen Durchmesser von 50mm aufweist. Das Gewicht dieser Zylinder wurde während einer Zeitspanne von 28 Tagen aufgezeichnet und der Gewichtsverlust als Funktion der Zeit berechnet. Der Gewichtsverlust wurde folgendermassen definiert Gewicht des Prüfstückes bei einem Tag - Gewicht des Prüfstückes 100 (Gewichts des Prüfstückes am Tag 1 - Gewicht des Prüfstückes am Tag 28) Ergebnisse: (i) PrUfstücke, die Fasern nach dem Typus I enthalten, wiesen eine Dichte auf, die 90% der Dichte der Prüfstücke war, die Fasern nach dem Typus II enthielten.
  • (ii) Prüfstücke, die Fasern nach dem Typus II aufweisen, hatten einen Wasserverlust, der grösser war als die Prüfstücke, die Fasern nach dem Typus II enthielten und daher ist das Aushärten des Prüfer, das Fasern nach dem Typus I enthält besser, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist.
  • L e e r s e i t e

Claims (14)

  1. PATENTANS PR VCIF 2 Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist, gekennzeichnet durch eine zementgebundene Matrix in der nicht Papier bildende Fasern aus Tlolzfaserstoff verteilt angeordnet sind, die annähernd vollständig nicht zusammengedrUckt und nicht selbstgebunden sind.
  2. 2. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist, gekennzeichnet durch eine zementgebundene Matrix, in der Zellulosefasern verteilt angeordnet sind, die durch die bei hoher Temperatur verlaufende thermomechanische Zerfaserung von Zellulosefasern enthaltende Pflanzen erzeugt sind, wobei die Zerfaserung bei einer Temperatur verlauft, die mindestens 10 C höher ist als die Glasumwandlungstemperatur des Holzfaserstoff-Bindestoffes, der in den Pflanzen, die Zellulosefasern aufweisen, vorhanden ist.
  3. 3. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zementgebundene Matrix erzeugt wird, indem Wasser mit einem der folgenden Stoffe gemischt wird: herkdmmlicher Portland-Zement; Zement mit hohem Aluminiumoxid-Anteil; einen Mörtel aus herkömmlichen Portland-Zement und Sand; einem Mörtel aus Zement mit hohem Aluminiumoxid-Anteil und Sand; einem Gemisch aus herkömmlichem Portland-Zement und Zuschlagstoffen; einem Gemisch aus Zement mit hohem Aluminiumoxid-Anteil und Zuschlagstoffen; und ein Gemisch von irgend einem der erwähnten Stoffe mit einem reaktiven siliziumhaltigen Erzeugnis.
  4. 4. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass er Papier bildende Fasern enthält.
  5. 5. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass er Asbestfaserstoff enthält.
  6. 6. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass er als Bewehrungsfasern Kunstfasern enthält.
  7. 7. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an nicht Papier bildenden Holzfaserstoff-Fasern 0,5 Gew.-$ - 20 Gew.-%, basiert auf das Gewicht des Zementes, beträgt.
  8. 8. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Wasser/Zement der Matrixstoffe, bezogen auf das Gewicht, weniger als 1:1 beträgt.
  9. 9. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der nicht Papier bildenden Holzfaserstoff-Fasern 0,5 Gew.-t - 20 Gew.-9, basiert auf das Gewicht des Zementes, beträgt.
  10. 10. Zementgebundener Baustoff, der mit Fasern bewehrt ist nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlänge der nicht Papier bildenden Holzfaserstoff-Fasern weniger als 6 mm beträgt, ein Aspektverhältnis von mehr als 10 sowie eine rohrförmige Form aufweisen.
  11. 11. Verfahren zum Herstellen eines zementgebundenen Baustoffes, der mit Fasern bewehrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass (i) ein pflanzlicher Stoff, der Zellulose enthält, bei einer Temperatur zerfasert wird, die grösser ist als die Glasurwarrdlungstemperatur des Holzfaserstoff-Bindestoffes der Zellulosefåsern, und dass die dabei erzeugten Fasern voneinander getrennt werden; (ii) ein flüssiger Brei eines zementösen Stoffes hergestellt wird, in welchem das Verhältnis WasserZement wenigstens 1:1 beträgt; (iii) die durch den Schritt (i) erzeugten Fasern mit dem durch den Schritt (ii) erzeugten flüssigen Brei vermischt werden, im Verhältnis 0,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% der Fasern, basiert auf das Gewicht des Zementes, und (iv) das Erzeugnis ausgehärtet wird oder sich selbst aushärtet.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis mittels Dampfeinwirkung ausgehärtet wird.
  13. 13. Verfahren zum Herstellen eines zementgebundenen Baustoffes, der mit Fasern bewehrt ist, nach den Beispielen 2,3,5 oder 7.
  14. 14. Zementgebundener mit Fasern bewehrter Baustoff hergestellt nach den Beispielen 2,3,5 oder 7.
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