DE2930939A1

DE2930939A1 - Verfahren zum mechanischen verstaerken von formbaren und/oder haertbaren massen, die durch anorganische bindemittel verfestigbar sind

Info

Publication number: DE2930939A1
Application number: DE19792930939
Authority: DE
Inventors: Uwe Kraeft
Original assignee: Heidelberger Zement AG
Current assignee: HeidelbergCement AG
Priority date: 1979-07-31
Filing date: 1979-07-31
Publication date: 1981-02-05
Also published as: DE2930939C2

Description

Verfahren zur mechanischen Verstärker
von formbaren und/oder härtbaren Massen, die durch anorganische Bindemittel verfestigbar sind - Zusatz zu latern .....................
(Patentanmeldung P 23 22 271.1-45) - Das Hauptpatent ...................... (Patentanmeldung P 23 22 271.1-45) betrifft ein Verfahren zur mechanischen Verstärken von forzbaren und/oder härtbaren Massen, die durch anorganische Bindemittel verfestigbar und hauptsächlich für bautechnische Zwecke anwendbar sind, unter Verwendung von durchgehenden Mineralfaserbündeln, das dadurch gekennzeichnet ist, da2 man die Fasern der Bündel vor oder beim Einbetten in die zu verstärkende Masse in Abständen auf einer relativ kurzen Strecke durch aushärtende Flüssigkeiten oder auf mechanischen Wege miteinander kraftschlüssig verbindet. Dabei kann man nach einer bevorzugten Ausführungsform die Lage der Fasern im Querschnitt der Bündel vor dem Einbetten derart gestalten, daß alle Fasern in bestimmten Abständen alternierend außen liegen und abschnittsweise mit der zu verstärkenden Masse in Berührung kommen.
In Weiterbildung des Gegenstandes des Hauptpatents .............
(Patentanmeldung P 23 22 271.1-45) wird nun vorgeschlagen, das Verfahren in der Weise durchzuführen, daß eine kriechfeste mechanische Verankerung der sonst weitgehend freibeweglichen, mit dem Bindemittel nur eine schwande oder keine chemische Einbindung eingehenden Fasern ic. Baustoff durch die Ausbildung von Wülsten und/oder Verdickungen auf den Oberflächen und/ oder den Inden der Fasern und/oder durch Festhalteorgane, die riit den Fasern kriechfest verbunden sind, hergestellt wird.
I)at'ei kann das Bindemittell aus Zement oder Gips, gegebenenfall mit organischen Bindern bestehen und bedarfsweise Zuschläge aus natürlich gerundetem oder gebrochendem Quarz und/oder Kalkstein und/oder Basalt und/oder Granit sowie/oder gegbenenfalls Plähton, Schamotte, Ziegelsplitt, Puzzolan, Vermiculit, Perlit, Schaumglas und/oder Polystyrol in verschiedener oder gleichartiges Feinheit enthalten, wobei gegebenenfalls ferner Betonzusatzmittel in Form von Verflüssigern, Beschleunigern, Verzögerern und/oder Luftporenbildner zugesetzt werden.
Das Faserinaterial kann aus Glas und/oder kristallinen anorganischen Stoffen, aus Polypropylen, aus textilen Kunststoffen, aus Baumwolle, Hanf, Sisal und/oder Proteinen oder Mischungen darauf bestehen. Zur Herstellung eines Bauteils können gleichartige oder verschiedenartige Fasern verwendet werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können Fasern und/oder Faserbündel und/oder Fasermatten zur Anwendung kommen, die mit Trennmittel enthaltenden Flüssigkeiten, die eine Verbindung des Bindemittels bei dessen Hydratation mit den außen und innen liegenae Fasern und gegebenenfalls eine elektrische Aufladung eitgehend verhindern, vorzugsweise mit Reaktionsharz, Schmierstoffen, Paraffinen, Wachsen, Latex, Leinölfirnis, Bitumen und/oder Silikonen bzw. deren Lösungen, Emulsionen oder Suspensionen getränkt werden.
Die Trennmittel enthaltenden Flüssigkeiten können aufgesprüht, aufgepinselt, aufgerollt und/oder mittels eines Tauchbades aufgebracht werden, wobei die imprägnierten Fasern anschließend gegebenenfalls abgrieben, abgerollt und/oder abgepresst werden, sowie gegebenenfalls die oberflächliche Trocknung und/oder Trennung der Fasern vom Bindemittel fördernde Mittel, insbesondere Kalksteinmehl, Tonmehl, Ziergelmehl, Zementstaubt, Zirkonsilikat, Molybdändisulfid, Graphit und/oder Schmierstoffe und/oder Erhärtungsverzögerer aufgepundert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Fasern als getränkte Spinnfäden, Schnitzel, Rovings, Bündel und/oder Matten verwendet, die gegebenenfalls eine Vorspannungs besitzen. Dabei können die Fasern bzw. Faserbündel an den Enden und/oder in bestimmten Abständen Wülste und/oder Verdickungen jeweils aus dem Fasermaterial bestehend an ihren Oberflächen tragen, die eine feste Verankerung im Baustoff ermöglichen.
Die Fasern bzw. Faserbündel können an den Enden und/oder in bestimmte Abständen Festhalterorgane (sogenannte Anker) aus einem gleichsartigen oder andersartigen Stoff, vorzugsweise aus Metall, Keramik, Ton, Stein, Glas, Bindemittel und/oder Kunststoff aufweisen, die eine Kriechfeste mechanische und chemische Verankerung in Baustoff ermöglichen.
Dabei können die Festhalterorgane (die sogenannte Anker) so ausgebildet sein, daß die Fasern bei oder nach dem Erhärten des Bindemittels zu einer gegebenenfalls bereits vorhandenen Vors@argung eine weitere Spannung erhalten.
Bei dem erfindungsgemäßer Verfahren erhält der Baustoff in der Faserrichtung dadurch eine Druckspannung, daE die Faser: bzw. die Faserbündel mit einer Vorspanrung eingebaut und/oder nachträglich durch endständige Anker mit Gewinde und zusätzlich im Baustoff eingebauten Haltescheiben oder durch starre Festhalteorgane (sogenannte Anker) ohne oder mit Verdrillung der faserachse gespannt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Verbundbau stoffe herstellen, die aus einem oder mehrere Bauteilen, sowie verbindenden und gegebenenfalls oberflächlichen Schichter aus Kunststoffen mit oder ohne Faserverstärkung bestehen.
Die erfindungsgemäß herstellbaren Baustoffe bzw. Verbundbaustoffe können beispielsweise die Form bzw. Gestalt von Platten, Masten, Rohren, Raumzellen oder Wasserfahrzeugen besitzen.
Zum allgemeinen Stand der Technik ist festzustellen, daB Bat.-stoffe mit verschiedene anorganischer und/oder organischen Fasern seit vieler Jahren bekannt sind, wobei die Fasern in Anwesenheit von wasserhärtenden Bindemitteln durch das Aufwachsen von Hrdratfasern auf chemischem Wege in den Baustoff eingebunden werden.
Diese Fasern können oberflächlich bzw. die Faserbündel oberflächlich und in ihrem Innern so sehr mit Hydratphasen zuwachsen, daß sie z. B. für die Biegefestigkeit keinen nennenswerten Beitrag mehr liefern können.
Zur Minderung dieser sogenannten Alterung wurden bereits Imprägnierungen der Fasern vorgeschlagen, wobei aber nach wie vor eine chemische Einbindung der Oberflächen der Fasern oder Faserbündel wenigstens punktweise erfolgt. Das Problem der Alterung wurde auf diese Weise bisher nicht gelöst. Hinzu kort, daß man manche Fasern wie z.B. solche aus E-Glas, einen geringe Alkaliwiderstand besitzen, so daß zu der genannten Versprödung ein oberflächlicher Angriff tritt, der die Faser schädigt. Außerdem laden sich bekanntlich Glasfasern häufig oberflächlich elektrisch auf. Dabei kann sich scharfkantiger Staub anlagern, der bei mechanischen Beanspruchungen und bei Manipulieren der Fasern diese ritzen und zerschneiden kann.
Das Wesen vorliegender Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die bevorzugte Ausführungsformen zeigen, weiterhin erläutert, wobei diese Ausführungsbeispiele anhand von Figuren ergänzt sind.
Die Masern liegen bei der vorliegenden Erfindung als Filamente vor, als Spinnfäden aus zahlreichen Filamenten, als Rovings aus mehreren Spinnfäden, als Schnitzel, Bündel oder Matten.
Ausführungsbeispiel 1: Dieses Ausführungsbeispiel ist zusammen mit der beiliegenden Figur 1 zu lesen.
Auf einem Spinnfaden oder Roving a sitzen in Abständen von beispielsweise lo bis 50 mm Scheiben und/oder Kugeln und/ouer andere Haltekörper b, z.B. aus Metall, Keramik, Ton, Stein, Glas, Bindemittel und/oder Kunststoff. Diese sind beispielsweise in heißem Zustand während oder nach der Herstellung der Fasern aufgeschrumpft, mechanisch befestigt und/oder ii einem Kleber kriechfest mit den Fasern verbunden. Die Bohrung der Kugeln kann dabei von beiden Seiten konisch sein und sich zur Mitte der Kugel hin verjüngen.
Ausführungsbeispiel 2: Dieses Ausführungsbeispiel 2 ist zusammen mit der beiliegenden Figur 2 zu lesen.
Auf einen Spinnfaden, Roving oder ein Faserbündel a sind an dessen Ende Gewinde c aufgesetzt. Die Faser wird mit den frei beweglichen Haltescheiben b in der Matrix eingebettet. Während oder nach den Erhärten werden die Muttern d aufgeschraubt unc angezogen. Die Gewinde auf den Fasern oder in den Muttern können konisch sein und sich nach außen hin, d.h. von der Faser weg, verjüngen.
Ausführungsbeispiel 3: Dieses Ausführungsbeispiel 3 ist zusammen mit der, beiliegenden Figuren 3, 4 und 5 zu lesen.
Schnitzel a aus Spinnfäden werden beispielsweise an den Ender mit Scheiben, Kugeln, Haken und/oder anderen Haltekörpern b aus Metall, Keramik, Ton, Stein, Glas, Bindemittel und/oder Kunststoff versehen. Die Schnitzel können miteinander kombiniert werden, wie es beispielsweise in Figur 5 dargestellt ist.
Ausführungsbeispiel 4: Dieses Ausführungsbeispiel 4 ist zusammen mit der beiliegenden Figur 6 zu lesen.
Eine Fasermatte trägt an den Kreuzungspunkten der Fasern a locher oder kriechfest verbundene Scheiben und/oder andere Haltekörper b, die ein regelmäßiges Muster bilden.
Ausführungsbeispiel 5: Dieses Ausführungsbeispiel 5 ist zusammen cit der beiliegender Figur 7 zu lesen.
In einer Ausführungsform tragen die Filamente bzw. die Grundeinheiten der Fasern auf der Oberfläche ringförmige wülste aus der: Fasermaterial. Diese Filamente können direkt oder in Forr der Kombinationen der Beispiele 1 bis L in der Matrix ei:-gebaut werden.
Durch Verwendur,g der in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen genannten, mit Festhalteorganen (d.h. mit den sogenannten Ankern) versehenen und imprägnierten Fasern lassen sich Eauteile herstellen, die Biegefestigkeiten von mehr als 20 erreichen.
Im Vergleich dazu haben gleiche Bauteile ohne Fasern Biegefestigkeiten von weniger als 10 N/mm².
Werden Fasern ohne Festhalteorgane (Anker) aber mit Imprägnierung, bzw. ohne Festhalteorgane (Anker) und ohne Imprägnierung verwendet, so bewegt sich die Langzeit-Biegefestigkeit ebenfalls bei den Werten der Matrix ohne Fasern, nämlich im Bereich von unterhalb 10 N/mm².
Für besondere Anwendungsweisen können die geoffenbarten, mit Festhalteorganen (Ankern) versehenen und imprägnierten Fasern auch zusammen mit unbehandelten Fasern verwendet werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum mechanischen Verstärken von formbaren und/oder härtbaren Massen, die durch anorganische Bindemittel verfestigbar und hauptsächlich für bautechnische Zwecke anwendbar sind, unter Verwendung von durchgehenden Mineralfaserbündeln, wobei inan die Fasern der Bündel vor oder beim Einbetten in die zu verstärkende Masse in Abständen auf einer relativ kurze~ Strecke durch aushärtende Flüssigkeiten oder auf mechanischer Wege miteinander kraftschlüssig verbindet, nach Patent .......

....... (Patentanmeldung P 23 22 271.1-45) dadurch gekennzeichnet daB eine kriechfeste, mechanische Verankerung der sonst weitgehend freibeweglichen, mit dem Bindemittel nur eine schwache oder keine chemische Einbindung eingehenden Fasern in Baustoff durch die Ausbildung von Wülsten und/oder Verdickungs auf den Oberflächen und/oder den Enden der Fasern und/oder durch Festhalteorgane, die mit den Fasern kriechfest verbunden sind, hergestellt wird.
2. Verwahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Binderittel aus Zement oder Gips, gegebenenfalls mit organischen Bindern, die Zuschläge aus natürlich gerundeter oder gebrochenen Quarz und/oder Falksteinund/oder Basalt und/ oder Granit, gegebenenfalls in Kombination mit Blähton, Schamotte, Ziegelsplitt, Puzzolanen, Vertmiculit, Perlit, Schaumglas und/oder Polystyrol in verschiedener oder gleichartiger Feinheit enthalten, bestehen.
Patentansprache 3. Verfahren nach Ansuruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Betonzusatzmittel in Form von Verflüssigern, Beschleunigern, Verzögerern und/oder Luftporenbildner zugesetzt werden.
4. Verfahren nach mindestens einem aer Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial aus Glas und/oder kristallinen anorganischen Stoffen, aus Polypropylen, aus textilen Kunststoffen, aus Baumwolle, Hanf, Sisal und/oder Proteinen oder Mischungen daraus besteht, wobei zur Herstellung eines Bauteils gleichartige oder verschied-enartige Fasern verwendet werde können.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß Fasern und/oder Faserbündel und/oder Fasermatten verwendet werden, die mit Trennmittel enthaltenden Flüssigkeiten, die eine Verbindung des Bindemittels bei dessen Hydratation mit den außen und innen liegenden Fasern und gegebenenfalls eine elektrische Aufladung weitgehend verhindern, vorzugsweise mit Reaktionsharz, Schmierstoffen, Paraffinen, Wachsen, latex, leinölfirnis, Bitumen und/oder Silikoner bzw. deren Lösungen, Emulsionen oder Suspensionen getränkt werden.
Patentansprüche 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmittel enthaltenden Flüssigkeiten aufgesprüht, aufgepinselt, aufgerollt und/oder mittels eines Tauchbades aufgebracht werden, wobei die imprägnierten Fasern anschließend gegebenenfalls abgerieben, abgerollt und/oder abgepresst werden, sowie gegebenenfalls die oberflächliche Trocknung und/oder Trennung der Fasern vor Bindemittel fördernde Mittel, insbesondere Kalksteinmehl, Tonmehl, Ziegelmehl, Zementstaub, Zirkonsilikat, Ialolrbdandisulfid, Graphit und/oder Schmierstoffe und/oder Erhärtungsverzögerer aufgepudert werden.
7. Verfahren nach mindestens einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeicnnet, daß die Fasern als getränkte Spinnfaden, Schnitzel, Rovings, Bündel und/oder Matten verwendet werden, die gegebenenfalls eine Sl)annung besitzen.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bzw. Faserbündel an den Enden und/oder in bestimmten Abständen Festhalteorgane (sogenannte Anker) aus einem gleichartigen oder andersartigen Stoff, vorzugsweise aus Metall, Keramik, Ton, Stein, Glas, Bindemittel una/oder Kunststoff aufweisen, die eine kriechfeste mechanische und chemische Verankerung im Baustoff ermöglichen.