DE3045942A1

DE3045942A1 - Aus mit hydraulischen bindemitteln und/oder kunststoffen hergestelltes erzeugnis

Info

Publication number: DE3045942A1
Application number: DE19803045942
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Bauing. Dr. Gero 8811 Hirzel Büttiker; Peter E. Dr. 8820 Wädenswil Meier
Original assignee: Amrotex AG
Current assignee: Amrotex AG
Priority date: 1979-12-18
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1981-09-03
Also published as: FR2477135A1; IL61657A0; GB2065735A; ZA807878B; PT72082B; IT8068925A0; IT1141638B; NL8006881A; GR72846B; BE886605A; NO803812L; SE8008779L; PT72082A; BR8008279A; FI803931L; JPS56100163A; DK536280A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus mit hydraulischen Bindemitteln und/oder Kunststoffen hergestelltes Erzeugnis.

Unter den Baumaterialien sind die faserverstärkten Zementprodukte, ausgehend von Asbest und Zement, schon seit Jahrzehnten bekannt. In der Asbestzementindustrie sind Herstellungsverfahren nach dem Wickelverfahren nach L. Hatschek (AT-PS 5970) immer noch am weitesten verbreitet.

Diese bekannten Verfahren zur Herstellung von z.B. Asbestzementrohren und -platten basieren auf der Verwendung von Rundsiebmaschinen. Dabei wird eine stark verdünnte Asbestzementsuspension über einen Stoffkasten und einen Siebzylinder in Form eines Vlieses auf einen Filz Überträgen und mit Hilfe von Formatwalzen und Rohrkernen bis zur gewünschten Dicke aufgewickelt. Für die Herstellung von Wellplatten kann das Asbestzementvlies nach dem Erreichen der gewünschten Dicke von der Formatwalze geschnitten werden und zwischen geölten Wellblechen aushärten gelassen werden.

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Im Verlaufe der letzten Jahre hat es sich nun gezeigt, dass der bewährte Asbest nicht mehr in unbegrenzten Mengen zur Verfügung stehen wird und zu denjenigen Naturstoffen gezählt werden muss, deren Vorräte sich voraussichtlich am raschesten erschöpfen werden. Die Lagerstätten von abbauwürdigem Asbest sind zudem nur auf wenige Länder verteilt, was wiederum zu unerwünschten Abhängigkeiten führen kann, was sich heute schon in steigenden Preisen manifestiert.

Es ist somit erwünscht, billige neue Fasern für die Zementverstärkung zu finden, welche sich eignen, auf den in der Asbestzement-Industrie verbreiteten Produktionsanlagen faserverstärkte Zementprodukte mit den verlangten mechanischen Eigenschaften herstellen zu können.

In der Literatur finden sich schon unzählige Veröffentlichungen über den Einsatz verschiedenster natürlicher, synthetischer, organischer und anorganischer Fasern. Zur Verstärkung von Zement sind schon Wolle-, Baumwolle-, Seide-, Polyamid-, Polyester-, Polyacrylnitril-, Polypropylen- und Polyvinylalkoholfasern untersucht worden. Ebenso sind Arbeiten mit Glas-, Stahl- und Kohlenstoff-Fasern bekannt. Von all diesen Fasern konnte jedoch bis jetzt noch keine hinsichtlich Preis und Verstärkungsbeitrag in Zement den Platz von Asbest einnehmen.

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Die Anforderungen, welche an Fasern gestellt werden, die sich zur Zementverstärkung eignen, sind äusserst hoch:

Bei den chemischen Anforderungen ist vor allem die Alkalibeständigkeit in gesättigten Calciumhydroxidlösungen bei Temperaturen von mindestens 80° C eine absolute Voraussetzung. Ueber den chemischen Aufbau einer geeigneten Faser kann gesagt werden, dass eine möglichst hohe Konzentration an polaren funktioneilen Gruppen vorhanden sein muss, damit eine Affinität zum Zement gegeben ist.

Die physikalischen Faserdaten sollten mit den physikalischen Daten der hydraulischen Bindemittel in wichtigen Eigenschaften übereinstimmen. Bei Zement ist bekannt, dass dieses Material eine gewisse Sprödigkeit aufweist und z.B. bei einer Dehnung von etwa 0.3 % bereits brechen kann. Für Verstärkungsfasern in Zement ergibt sich, dass solche Fasern die bestß armierende Wirkung zeigen, welche einer minimalen Dehnung die grössten Kräfte entgegensetzen.

Neben den Eigenschaften einer möglichst kleinen Bruchdehnung, verbunden mit einer möglichst hohen Festigkeit, sind eine gute Dispergierbarkeit und eine gute Verteilung in einer verdünnten, wässrigen Zcmcntaufschlämmung Voraussetzungen, wenn sich die Fasern durch Hntwässerungsverfahren zu Faserzemcntprodukten verarbeiten lassen sollen.

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Werden nun die im Handel erhältlichen Fasern nach den oben erwähnten Eigenschaften untersucht, so müssen alle Textilfasertypen wie Polyester-, Polyacrylnitril-, Polyamid-, Viscose-, Baumwoll- und Wollfasern ausgeschieden werden, da sich die physikalischen Faserdaten zu stark von den physikalischen Eigenschaften der hydraulischen Bindemittel unterscheiden. Organische Hochmodulfasern auf der Basis von Polyester, Polyvinylalkohol oder Rayon, wie diese in der Reifencordindustrie eingesetzt werden, sind in ihren mechanischen Eigenschaften den textlien Typen überlegen, doch führt die aufwendige Herstellung solcher Fasern dementsprechend zu höheren Preisen. Weitere in der Technik bekannte Hochmodulfasern wie Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern und Aramidfasern sind entweder nicht alkalibeständig oder aber die Preise sind für den Einsatz als Zementverstärkungsfasern nicht zu diskutieren.

Es wäre also wünschenswert, ein neues fasriges Material zu finden, welches schon einer niedrigen Dehnung eine möglichst hohe Widerstandskraft entgegensetzt und auch preislich vertretbar ist.

Es ist bekannt, dass eine der billigsten Arten, um Fasern herzustellen, Produktionsverfahren nach der Film-Faser-Technologie sind. Ausgehend von einem Film werden Fasern durch einen mechanischen Fibrillierungsvorgang hergestellt.

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Eine Uebersicht über Film-Faser-Technologie ist in einer Arbeit von H. Krässig, J. Polym. Sc. Macromolecular Review, Vol. 12, S. 321 - 410 (1977) gegeben. Durch eine Optimierung bei der Filmherstellung in bezug auf mechanische Festigkeit können nach der Fibrillierung fasrige Materialien erhalten werden, welche sich textlien Fasern hinsichtlich Bruchdehnung und Festigkeit in der Verwendung als Verstärkungsfasern überlegen zeigen. Einer der preislich günstigsten thermoplastischen Kunststoffe stellt zur Zeit Polypropylen dar. Ausgehend von Polypropylen sind dann auch schon Split-Fasern im Stadium der industriellen Herstellung. Der Einsatz von Polypropylen-Split-Fasern zur Verstärkung von Mörtel wurde schon von Shell Oil beschrieben (US-PS 3 591 395). Der Einsatz von Polypropylen-Split-Fasern zur Herstellung von Faserzement nach der Technologie der Entwässerungsverfahren, ist ebenfalls bekannt (DE-A 28 19 794) .

Dem Fachmann ist jedoch bekannt, dass die Herstellung von polypropylenfaserverstärkten Zementprodukten, welche mit Hilfe von Entwässerungsverfahren, basierend auf verdünnten, wässrigen Faser-Zement-Aufschlämmungen, z.B. Hatschek-Verfahren, durchgeführt werden, mit zahlreichen Nachteilen behaftet ist.

Der hydrophobe Charakter von Polypropylen bedingt eine schlechte Affinität zu Zement, so dass auch die Fasereigenschaften

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bezüglich der Armierung nicht zur Wirkung kommen und die resultierenden Zementprodukte nur eine geringe Festigkeit aufweisen. In verdünnten Zementaufschlämmungen separieren sich die Polypropylenfasern infolge ihres geringen spezifischen Gewichtes. Dies zeigt sich in schlechter Faserverteilung bei nach den Wickelverfahren hergestellten Produkten. Die Faserkonzentrationen sind an den Plattenoberflächen erhöht, wodurch grosse Probleme bei späteren Färbe- und Beschichtungsvorgängen entstehen können.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, die Armierung bei Baumaterialien auf der Basis von hydraulischen Bindemitteln mit fibrillierten Kunststoff-Fasern derart zu verbessern, dass sich während der Produktion auf Entwässerungsmaschinen in der Faser-Zement-Aufschlämming die Fasern gleichmässig verteilen und zudem im hydratisierten Endprodukt eine hohe Affinität zum Bindemittel aufweisen.

Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch Fasern, wie sie in der Kennzeichnung des Patentanspruches 1 definiert sind.

Ueberraschenderweise wurde nämlich gefunden, dass Fasern, die über Filme aus Polymerisaten des AcrylnitrUs durch Fibriliierungs- und/oder Schneideprozesse hergestellt werden, eine .

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kleine Bruchdehnung bei gleichzeitig hoher Festigkeit aufweisen. Solche Fasern zeigen zudem infolge des spezifischen Gewichtes bei dem innewohnenden hydrophilen Charakter eine gute Dispergierbarkeit in wässrigen, verdünnten Zementaufschlämmungen und keinerlei Entmischungstendenz.

Fasern gemäss dem Vorschlag lassen sich mit den in der Betonindustrie verbreiteten Mischern in Wasser-Sand-Zement-Pasten einarbeiten. Ebenso können diese Fasern auch zur Verstärkung z.B. eines Giessharzes eingesetzt werden. Als Anwendungsbeispiel soll hier die Herstellung einer dünnwandigen Faserzementplatte mit Hilfe einer Hatschek-Maschine beschrieben werden, da der Einsatz von Polypropylen-Split-Fasern zur Zementverstärkung, welche dem bisherigen Stand der Technik entsprechen, nur problematisch durchzuführen ist. Die Technologie dieses Produktionsverfahrens ist eingehend im Buche von Harald Klos, Asbestzement 1967, Springer-Verlag, beschrieben worden. Für die Versuchsdurchführung wurden folgende Zementaufschlämmun-

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gen vorbereitet, welche über eine Rührbütte einer Hatschek-Maschine zugeführt wurden.

Mischung 1: In einem Kollergang wurden 153 kg Asbest (Grade 4: Grade 5 = 1:3) mit 62 Liter Wasser während 30 Minuten gekollert. Der aufgeschlossene Asbest wurde hierauf in einen schnell laufenden Vertikalmischer eingetragen, in welchem

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sich 1,5 m Wasser befanden. Nach 10-minütigem Rühren wurde in einen Horizontalmischer umgepumpt und eine Tonne Zement mit einer spezifischen Oberfläche von 3000 — 4000 cm /g zugemischt. Diese Asbest-Zement-Aufschlämmung wurde alsdann für die Weiterverarbeitung über eine Rührbütte der Hatschek-Maschine zugeführt.

Mischung 2: In einem Solvopulper wurden 80 kg Altpapier (ohne Glanzpapier) in 1 m Wasser während 10 Minuten gepulpt. Diese Fasersuspension wurde auf 2,5 m verdünnt und 22 kg fibrillierte Polypropylenfasern von 8 mm Schnittlänge, welche von einer 32 ji'dicken Folie hergestellt worden sind, zugegeben, worauf während 5 Minuten weiter gepulpt wurde. Nach dem Umpumpen in einen Zementmischer wurden lOOO kg Zement mit einer

2 spezifischen Oberfläche von ca. 3000 — 4000 cm /g während Minuten eingemischt.

Zur Verbesserung der Flockung wurde in die Faser-Zement-Aufschlämmung noch 80 g eines Polyacrylamides in Form einer 0,2$igen Lösung zugemischt. Das nun vorliegende Gemisch wurde über die Rührbütte einer Hatschek-Maschine zugeführt.

Mischung 3: Die Mischung 3 wurde analog Mischung 2 zubereitet mit dem Unterschied, dass anstelle von Polypropylen-Split-Fasern 22 kg SpI i t-F^;asern eingesetzt wurden, die aus einem

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Mischpolymerisat enthaltend 71 Gewichtsteile Acrylnitril, Gewichtsteile Methylacrylat und 8 Gewichtsteile Butadien-Acrylnitrilcopolymer bestehen.

Mit diesen drei Mischungen wurden auf einer Hatschek-Maschine mit 7 Umdrehungen der Formatwalze Platten von 6 mm hergestellt, welche zwischen geölten Blechen während 45 Minuten in einer Stapelpresse bei einem spezifischen Pressdruck von 250 bar auf eine Dicke von 4,8 mm gepresst wurden. Die Prüfungen der Platten erfolgte nach einer Abbindezeit von 28 Tagen, nachdem die Platten noch während 3 Tagen gewässert worden waren. Die Versuchsresultate sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle

Mischungs-Nr.	Biegezug festigkeit	Spezifische Schlagzähig keit N mm/mm2	Dichte der Platten g/cm³
1 Asbest	27,8	1.8	1,80
2 Polypropylen- Split-Fasern	20,1	2,5	1,60
3 Split-Fasern aus Polyacrylnitri1- polymeren	25₁2	2,7	1,70

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Die Ergebnisse zeigen, dass bei der Verwendung von Asbest als Armierungsfasern für die Zementverstärkung Produkte hergestellt werden können, welche hohe Festigkeit aufweisen, dafür aber eine gewisse Sprödigkeit zeigen, was sich in den Werten der spezifischen Schlagzähigkeit zeigt. Werden Polypropylen- Split-Fasern eingesetzt, so zeigt es sich, dass von diesem Fasertyp kein besonderer Festigkeitsbeitrag erhalten wird. Polypropylen-Fasern ergeben lediglich eine Verbesserung der Schlagzähigkeit von Zementprodukten. Beim Einsatz der Split-Faser auf der Basis eines thermoplastischen polyacrylnitrilhaltigen Polymers kann sowohl ein echter Beitrag in der Biegezugfestigkeit als auch eine Verbesserung in den Werten der Schlagzähigkeit festgestellt werden.

Während hier die über Filme erzeugten Fasern besonders hervorgehoben wurden, weil diese durch ihre geometrischen Formen Vorteile aufweisen, ist es ebenso denkbar, gesponnene Fasern bestimmter Schnittlänge aus Polymerisaten des Acrylnitrils zu verwenden, deren texti!mechanische Eigenschaften zumindest vergleichbar sind.

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Claims

Aus mit hydraulischen Bindemitteln und/oder Kunatstoffen hergestelltes Erzeugnis

Patentansprüche

^!.1. Aus mit hydraulischen Bindemitteln und/oder Kunststoffen hergestelltes Erzeugnis, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkung und/oder als Füllstoff Fasern vorgesehen sind, die über Filme bzw. Bänder aus Polymerisaten des Acrylnitrils mit einer molaren Konzentration der Acrylnitrileinheiten von wenigstens 33 %, vorzugsweise höchstens 93 %, durch Fibrillierungs- und/ oder Schneidprozesse hergestellt sind.

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TELEX: 1 - 856 44 Inven d

TELEQRAMM:

INVENTION

BERLIN

TELEFON: BERLIN 030/691 60 37

POSTSCHECKKONTO: W. MEISSNER, BLN-W 12282-109
2. Erzeugnis nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein aus hydraulischen Bindemitteln hergestelltes Bauelement ist, welches die Verstärkungsfasern und/ader Füllstoffe aufweist.
3. Erzeugnis nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die hydraulischen Bindemittel aufweisende Bauelement nach einem Entwässerungsverfahren unter Einsatz von Wickelmaschinen, Rundsieb, Langsieb, Injektionsanlagen, Filterpressen oder einem kontinuierlichen Monostrangverfahren hergestellt ist.
4. Erzeugnis nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement als Platte, Wellplatte, Rohr oder Formteil ausgebildet ist.

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