DE3439813A1 - Plattenmaterial aus faserverstaerktem zement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Plattenmaterial aus faserverstaerktem zement und verfahren zu seiner herstellung

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DE3439813A1
DE3439813A1 DE19843439813 DE3439813A DE3439813A1 DE 3439813 A1 DE3439813 A1 DE 3439813A1 DE 19843439813 DE19843439813 DE 19843439813 DE 3439813 A DE3439813 A DE 3439813A DE 3439813 A1 DE3439813 A1 DE 3439813A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Plattenmaterial aus faserverstärktem Zement, das flach oder von profiliertem Querschnitt, z. B. gewellt sein kann, und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. Ein solches Material ist zur Verwendung als Bautafeln, z. B. für Dächer, geeignet. Das flache Material ist besonders zur Verwendung für Dachschiefer geeignet.
Plattenmaterialien aus mit Asbestfasern verstärktem Zement sind seit vielen Jahren bekannt und ergeben ein Leichtgewichts-Dachmaterial, das sowohl wetterbeständig als auch feuerbeständig ist. E$ besteht gegenwärtig die Notwendigkeit, Asbest als Bestandteil · solcher Materialien zu ersetzen, doch muß das als Ergebnis dieses Ersatzes erhaltene Produkt den vorhandenen Asbest-Zement-Materialien in allen ihren erwünschten Eigenschaften im wesentlichen gleichwertig sein. Die Materialien müssen sich auch dazu eignen, auf vorhandenen Asbest-Zement-Einrichtungen hergestellt zu werden, um die Kapital kosten des Ersatzes oder einer erheblichen Abänderung solcher Einrichtungen zu vermeiden.
Die Verwendung von Glasfasern als Ersatz für Asbestfasern in solchen Einrichtungen war in den letzten 10 bis 15 Jahren Gegenstand beträchtlicher Forschungen. Die ursprünglich angetroffenen Probleme, die beispielsweise in der GB-PS 1 543 951 der Anmelderin erörtert sind, wurden bis zu einem Grad überwunden, daß es jetzt
möglich ist, Glasfasern enthaltene Zementaufschlämmungen zu ersieh
zeugen, die auf Asbest-Zement-Maschinen, z. B. entsprechend den
in der GB-PS 1 543 951 beschriebenen Maßnahmen, verarbeiten lassen. Diese Eignung wird jedoch nicht unbedingt von der Erzeugung eines Produkts mi^angemessenen Eigenschaften für einen besonderen Zweck begleitet.
Platten oder Tafeln zur Verwendung beim Bauen müssen allgemein
einen Durchschnittsbruchmodul (Biegefestigkeit) von wenigstens
-2 -3
16 N.mm und eine Dichte von wenigstens 1,3 g.cm haben. Für
Dachziegel sind die Anforderungen noch strenger. Derzeit verfügbare Asbestzement-Dachziegel, sonst auch als komprimierte Asbestzementziegel bekannt, haben eine glatte Oberfläche, die allgemein einen Acryl Überzug der gewünschten Farbe trägt, und müssen nach den gegenwärtigen U.K.-Normvorschriften einen Durchschnittsminimalbruchmodul (MOR) von 22,5 N.mm haben. Eine Mindestdichte von 1,8 g.cm ist ratsam, um Porosität zu vermeiden, die zur Frostschädigung bei Dachziegeln führen könnte.
Ein einfacher Ersatz des Asbestgehaltes von Asbestzement-Plattenmaterialien durch Glasfasern in zerhackter Strangform führt nicht zu Materialien gleichwertigen Aussehens, da die zerhackten Stränge dazu neigen, in der Oberfläche sichtbar zu sein oder aus ihr vorzuragen, was zu einem Oberflächenendzustand führt, der entweder unannehmbar ist, wenn die übliche Überzugsmenge aufgebracht wurde, oder so viel dekorierendes Material zur Erzeugung eines annehmbaren Überzugs erfordert, daß ein unannehmbarer Kostenanst-ieg verursacht wird.
Weiter ermöglicht ein solcher einfacher Ersatz des Asbests durch zerhackte Glasfaserstränge nicht die Erzielung gleichwertiger Festigkeiten mit wirtschaftlichen Glasfasermengen wegen ungleichmäßiger Verteilung der Glasfasern im Zement und eines Angriffs der Glasfasern durch die alkalischen Bestandteile im Zement. In der GB-PS 1 543 951 ist ein Verfahren zur Herstellung einesjasbestfreien faserverstärkten Zementverbundmaterials aus einer wässerigen Zementauf schlämmung beschrieben, die sowohl zerhackte Stränge von Glasfasern als auch einzelne Fasern aus anorganischem nichtkristallinem Material enthält, welch letztere aus von Endlosfäden zerhackten Glasfasersträngen hergestellt werden können, die sich beim Kontakt mit der Zementaufschlämmung trennen oder zerfasern. Wenn Glasfasern in einer solchen Einzel fadenform nach Herstellung aus zerfaserten zerhackten Strängen als die einzige Faserverstärkung verwendet werden, kann ein glatter Oberflächenendzustand erhalten werden. Die Festigkeitsprobleme erschweren sich jedoch,da die Einzel fasern dem Angriff durch alkalische Bestandteile im Zement ausgesetzt sind und auch eine Schwierigkeit der Erzielung einer ausreichenden Bindung zwischen den Fasern und der Matrix auftritt.
Zur Verbesserung der Festigkeit der glasfaserverstärkten Zementprodukte wurden verschiedene Vorschläge zum Zusetzen reaktiver Kieselerde in verschiedenen Formen gemacht. Beispielsweise bezieht sich die GB-PS 1 402 555 auf ein glasfaserverstärktes pozzuolanisches Zementprodukt, das eine Zementmatrix aufweist, die wenigstens 10 Gew. % einer Pozzolanerde (die ein glasartiges Silikatmaterial mit der Eignung zur Reaktion mit Kalziumhydroxid und dadurch Abbindung zu einem harten festen Material ist) und Fasern eines wenigstens 6 Mol % ZrO? enthaltenden alkalibeständigen Siliziumdioxid/Zirkoniumdioxid-Glases enthält. Diese GB-PS stellt fest, daß ein sehr erwünschter Anstieg der Festigkeit der Verbundmaterialien durch gesteuerte Wärmebehandlung erhältlich ist, die das Erreichen stabiler Eigenschaften und Festigkeitswerte beschleunigt und die Form der
Behandlung von wenigstens 2 Tagen unter Wasser bei einer Temperatur von z. B. 60 bis 80 0C annehmen kann. Eine der bevorzugten beschriebenen Pozzolanerden ist pulverisierte Brennstoffasche (PFA)9 die in Mengen von 15 bis 40 Gew. % verwendet wird. Die GB-PS 1 421 556 beschreibt die Herstellung von Zementbalkenprodukten die mit einer Mischung von langen und kurzen alkalibeständigen glasartigen Stapelfasern, ζ. B. zerhackten Glasfasersträngen, und gemahlenen . Mineralfasern verstärkt sind, wobei Zellulosefasern und genug Kieselerde, z. B. in der Form von Diatomit, zur Reaktion mit dem während der Hydration des Zements freigesetzten freien Kalk vorliegen. Die Balkenprodukte werden im Autoklaven behandelt, um die Reaktion zu fördern. Die EP-PA 68 742 bezieht sich auf geformte Gegenstände, wie z. B. Balken und Platten für Plattierungen und Dächer, und beschreibt ein Herstellungsverfahren, bei dem man eine wässerige Aufschlämmung verwendet, die, auf Trockengewichtsbasis, 50 bis 90 % Zement, 5 bis 40 hochreaktive pozaJ olanische Kieselerde und 5 bis 15 % Zellulosefasern enthält. Die Reaktion tritt zwischen dem Zement und der Kieselerde durch Lufterhärtung auf. Diese EP-PA stellt fest, daß Mischungen von hochreaktiven pazzuolanischen Kieselerden, z. B. verflüchtigte Kieselerde und Diatomit, verwendet und daß Glasfasern zusätzlich zu den Zellulosefasern zugesetzt werden können. Die GB-PA 2 048 330 B beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten zementhaltigen Platte aus einer wässerigen Aufschlämmung von Zement und Fasern, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus synthetischen Mineralfasern, natürlichen organischen Fasern und deren Mischungen besteht, wobei ein feines Material (insbesondere ein Filterstaub, der als Nebenprodukt bei der Herstellung von Silizium oder Siliziumlegierungen durch ein elektrothermisches Verfahren erzeugt wird und im wesentlichen aus verflüchtigter Kieselerde besteht) mit einer Durchschnittsteilchengröße unter der der Zementteilchen der Aufschlämmung zugesetzt wird, um den Verlust feiner Zementteilchen zu verringern und die alkalischen Stoffe in der Mischung
zu neutralisieren, wodurch eine alkalische Verschlechterung der Mineralfasern unterdrückt wird. Es ist angegeben, daß die Menge der feinen Teilchen vorzugsweise 15 Gew. % auf der Basis des Gewichts des Zements nicht übersteigen sollte, da hohe Konzentrationen der feinen Teilchen die Geschwindigkeiijverringenm, mit der Oberschußwasser aus der Au_fschlämmung entfernt wird. Schließlich ist in der GB-PS 1 565 823 der Anmelderin die Verwendung reaktiver Kieselerde in der Form von pulverisierter Brennstoffasche (PFA) oder eines feinen Kieselerdemehls, wie z. B. Diatomit oder "ELKEM"-Kieselerde, die eine verflüchtigte Kieselerde ist, offenbart, von denen gefunden wurde, daß sie einen synergistischen Effekt mit den besonderen Abmessungszusammensetzungen haben, die in dieser GB-PS zur Anwendung für al kai!beständige Glasfasern zum Verstärken von Zement beschrieben sind. Anteile von 10 bis 40 % der reaktiven Kieselerde führen danach zur Erzeugung einer weiteren Verbesserung der Dauerhaftigkeit der dem Zement zugesetzten geschlichteten Glasfaserstränge. Es wird angenommen, daß die reaktive Kieselerde die Einbindung der Glasfasern in die Zementmatrix sowie die Reaktion mit alkalischen Bestandteilen in der Matrix fördert.
Neuere Untersuchungen zeigen, daß die verschiedenen Formen reaktiver Kieselerde verschiedene Wirkungen auf die zunächst festgestellte Festigkeit und auf die Langzeitfestigkeit der Verbundmaterialien haben. Dies ist besonders der Fall, wo Glasfasern in Einfadenform zur Verstärkung verwendet werden. Die Untersuchung haben gezeigt, daß es, wenn man zerfaserte dispergierbare Glasfaserstränge als das einzige Faserverstärkungsmaterial verwendet, wesentlich ist, eine Mischung zweier verschiedener reaktiver Kieselerden, nämlich pulverisierte Brenn stoffasche und verflüchtigte Kieselerde, innerhalb bestimmter Bereiche zu verwenden, um in der Lage zu sein, flaches . Plattenmaterial herzustellen, das sich zur Verwendung als Bauplatten auf vorhandenen Asbestzement-Maschinenanlagen eignet sowohl eine gute Ausgangsfestigkeit als auch eine gute Langzeitdauerhaftigkeit
aufweist, die auch durch einen Festigkeitsanstieg über die ursprüngliche Festigkeit hinaus begleitet sein kann. Die Verwendung der verflüchtigten Kieselerde ohne die pulverisierte Brennstoffasche ergibt eine gute Anfangsfestigkeit, jedoch zeigt das Material bei überprüfung in simulierten Alterungsversuchen einen merklichen Festigkeitsabfall. Pulverisierte Brennstoffasche allein ohne die verflüchtigte Kieselerde ergibt eine schlechte Anfangsfestigkeit und auch eine schlechte Gesamtmatrixfestigkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus einer faserverstärkten Zementzusammensetzung gebildetes Plattenmaterial zu entwickeln und ein zugehöriges Herstellungsverfahren anzugeben, womit ohne Asbestfasern gleichwertige Festigkeitseigenschaften wie bei asbestfaserverstärkten Plattenmaterialien und auch entsprechende Oberflächengüten erreichbar sind.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Plattenmaterial, das aus einer faserverstärkten Zementzusammensetzung gebildet ist, mit dem Kennzeichen, daß die Zusammensetzung in Gewichtsprozenten als Feststoffe
üblichen Portlandzement 50 bis 71 %
pulverisierte Brennstoffasche 14 bis 40 %
verflüchtigte Kieselerde ^ h- 19 «
(wenigstens 86 % SiO2 enthaltend) ° D1S u /o
zerfaserte, zerhackte Glasfaser- o , . n v stränge L bls ' /o
enthält, wobei diese Bestandteile wenigstens 90 Gew. % der festen Bestandteile der Zusammensetzung darstellen und wobei, wenn die Zementzusammensetzung weniger als 8 Gew. % verflüchtigte Kieselerde enthält, diese von einer mehr als 86 Gew. % SiO~ enthaltenden Sorte ist, während, wenn die Zementzusammensetzung nur 5 Gew. % verflüchtigte Kieselerde enthält, diese von einer wenigstens 94 % enthaltenden Sorte ist, und daß das Plattenmaterial einen Mindestdurchschnittsbruchmodul von 16 N.mm und eine Mindestdichte von 1,3 g.cm" hat.
Ausgestaltungen dieses Plattenmaterials sind in den Ansprüchen bis 5 gekennzeichnet.
Die Kombination pulverisierter Brennstoffasche und verflüchtigter Kieselerde in den oben angegebenen Anteilen führt zu einem Erzeugnis mit einer befriedigenden Anfangsfestigkeit und Langzeitdauerhaftigkeit, die von einem Festigkeitsanstieg über die Anfangsfestigkeit nach dem Erhärten hinaus begleitet ist. Die Verwendung zerfaserter Glasfasernergibt eine glatte Oberfläche, wie sie benötigt wird, wo ein Überzug aufzubringen ist, indem das Vorragen von Strangenden vermieden wird, das bei Verwendung unzerfaserter zerhackter Stränge auftreten würde.
Der Begriff "verflüchtigte Kieselerde" wird hier zur Beschreibung des (sonst als "Mikrosilika" oder "Silikarauch" bekannten) Materials verwendet, das industriell als Nebenprodukt während der Herstellung von Silizium oder Silizium-Metall-Legierungen nach einem elektrometallurgisehen Verfahren erzeugt wird. Ihre chemische Zusammensetzung kann etwas je nach den Eigenheiten des Verfahrens und des Hauptprodukts variieren, doch enthält sie normalerweise wenigstens 86 Gew. % SiO2 und 0,1 bis 0,7 % SiC. Sorten geringerer Reinheit sind zur Verwendung im Rahmen der Erfindung ungeeignet, da die dann erforderliche Menge Probleme bei der Entwässerung des Zementplattenmaterials verursacht. Reinere Sorten relativ kohlenstofffreier verflüchtigter Kieselerde sind verfügbar, die wenigstens 94 % SiO2 und etwa 0,1 % SiC enthalten. Es wurde gefunden, daß diese reineren Sorten eine höhere Oberflächenaktivität haben und daher im Rahmen der Erfindung in geringeren Mengen als die normalen Sorten verwendet werden können. Wenn der Anteil der im Plattenmaterial gemäß der Erfindung verwendeten verflüchtigten Kieselerde geringer als 8 Gew. % ist, muß die verflüchtigte Kieselerde daher von einer mehr als 86 Gew. % SiO2 enthaltenden Sorte sein, während, wo der Mindest-
anteil von 5 % verflüchtigter Kiesel erde verwendet wird, diese wenigstens 94 Gew. % SiO2 enthalten muß.
Der bevorzugte Prozentsatz zerfaserter, zerhackter Glasfaserstränge im Plattenmaterial beträgt 3 bis 4 %. Obwohl der Prozentsatz so niedrig wie 2 % sein kann, können dann Probleme beim Hantieren der grünen (d. h. unerhärteten) Platte auftreten. Bei Prozentsätzen zwischen 4 und 7 % können sich Schwierigkeiten bezüglich der Sicherung einer gleichmäßigen Verteilung der Glasfasern in der Zementmatrix ergeben.
Der Rest der Zusammensetzung kann bis zu 4 Gew. % Zellulosebrei enthalten, der. als Verfahrenshilfe zur Erleichterung der Wasserabfuhr dient. Bis zu 5 Gew. % eines Plastiziermittels, z. B. Ball-Ton, Bentonit oder Talk können ebenfalls zugesetzt werden, um die Plastizität des Materials vor dem Erhärten zu verbessern. Geringe Mengen herkömmlicher Dispergier- und Flockungsmittel können ebenfalls verwendet werden.
Die zerfaserten Stränge bestehen vorzugsweise aus einer alkalibeständigen Glaszusammensetzung, die wenigstens 6MoI. % ZrO2 enthält. Beispielsweise können die Glasfaserstränge von der in der
d.h.
GB-PA 1 290 528 der Anmelderin beschriebenen Art,der im Patentanspruch 5 angegebenen Zusammensetzung sein.J Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein zur Verwendung als Dachziegel geeignetes flaches Plattenmaterial, das aus einer faserverstärkten Zementzusammensetzung gebildet ist, mit dem Kennzeichen, daß die Zusammensetzung in Gewichtsprozenten als Feststoffe,
üblichen Portlandzement 60 bis 70 % pulverisierte Brennstoffasche 20 bis 40 %
verflüchtigte Kieselerde
(wenigstens 86 Gew. % SiO0 o , . „,
enthaltend) 2 8 bis 12 b
zerfaserte, zerhackte Glas- 0 ,. ,- „,
faserstränge . L bis b lo
enthält, wobei diese Bestandteile wenigstens 98 Gew. % der festen Bestandteile der Zusammensetzung darstellen und wobei der eventuelle Rest aus kompatiblen Bestandteilen besteht, und daß das Plattenmaterial " einen Mindestdurchschnittsbruchmodul von
-2 -3
20 N.mm und eine Mindestdichte von 1,8 g.cm sowie eine glatte
Oberfläche zur Aufnahme eines Überzugs hat.
Versuche mit aus diesem Plattenmaterial hergestellten Dachziegeln zeigten, daß sie eine beträchtlich bessere Beständigkeit gegenüber wiederholtem Frost und Auftauen und allgemeinen Wettereinflüssen als herkömmliche Asbestzementziegel haben.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Plattenmaterials, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
Mischen einer wässerigen Aufschlämmung, deren Feststoffanteile enthalten:
üblichen Portlandzement 50 bis 71 Gew. %
pulverisierte Brennstoffasche 14 bis 40 Gew. %
verflüchtigte Kieselerde
(wenigstens 86 Gew. % SiO9 5 bis 12 Gew. %
enthaltend)
dispergierbare, zerhackte Glas- 0 .. -, P„,, 0/ faserstränge 2 bls 7 Gew' 7"
wobei diese Bestandteile wenigstens 90 Gew. % der Feststoffanteile der Aufschlämmung darstellen und wobei, wenn die Aufschlämmung weniger als 8 Gew. % verflüchtigte Kieselerde enthält, diese von einer mehr als 86 Gew. % SiO2 enthaltenden Sorte ist, während, wenn die Aufschlämmung nur 5 Gew. % verflüchtigte Kieselerde enthält, diese von einer wenigstens 94 Gew. % SiO2 enthaltenden Sorte ist, welches Mischen so durchgeführt wird, daß die zerhackten Glasfaser-
stränge zu einzelnen Fasern dispergiert werden, Abscheiden einer Lage aus der Aufschlämmung auf einer perforierten Oberfläche; übereinanderschichten einer Mehrzahl solcher Lagen zum Aufbau einer Platte des zementhaltigen Materials, und Erhärten der Platte.
Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 8 bis 18 gekennzeichnet.
Um eine mechanische Schädigung der Glasfasern während der Verfahrensdurchführung zu vermeiden, kann das Mischen der Aufschlämmung derart durchgeführt werden, daß man zuerst den Zement, die pulverisierte Brennstoffasche und ggf. einen Teil der Kieselerde oder den Gesamtanteil der Kieselerde mit Wasser in einem Hochscherkraftmischer mischt und dann ggf. die Kieselerde bzw. den Rest der Kieselerde und die dispergierbaren, zerhackten Glasfaserstränge unter Niedrigscherkraftmischbedingungen zusetzt.
Die Platte kann vor dem Erhärten zu einem gewünschten Querschnittsprofil geformt werden, um sie z. B. mit aneinandergrenzenden oder beabstandeten Wellungen zu versehen. Der erste Schritt der Erhärtung im Bereich von 60 bis 90 0C, vorzugsweise 7O..bis 80 0C, während 24 h fördert die Sicherung der Langzeitdauerhaftigkeit des Fertigprodukts, während die Gegenwart der pulverisierten Brennstoffasche und der verflüchtigten Kieselerde es ermöglicht, daß die zerfaserten Glasfasern das Erhärten in ausreichender Menge zur Lieferung einer brauchbaren Verstärkung überleben.
Zur Entwässerung kann die Platte vor dem Erhärten gepreßt werden, indem man z. B. einen Stapel solcher Platten abwechselnd mit Zwischenplatten in einer Presse anordnet und den Stapel* Druck zum Austreiben des Wassers aussetzt.
Zur Herstellung von Dachziegeln werden die Formate der Dachziegel vorzugsweise vor dem Pressen und Erhärten aus der Platte ausgeprägt, und die Ziegel werden nach dem Erhärten getrennt.
Es sollen nun besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben werden.
Plattenmaterial gemäß der Erfindung, das sich zur Herstellung von Dachziegeln eignet, kann auf herkömmlichen Asbestzementmaschinen des Bell-Typs, wie in der GB-PA 2 059 867Ά beschrieben, oder des bekannten Hatschek-Typs hergestellt werden. In . diesen beiden Maschinen werden mehrere (typisch acht) Lagen zur Bildung einer Platte aus glasfaserverstärktem Zement mit einer Dicke von 4 bis 5 mm nach dem Pressen ubereinandergeschichtet. Im Fall der Beil-Maschine wird eine Glasfasern enthaltende wässerige Zementauf schlämmung durch ein AbstreifwaUensystem auf einen bewegten Streifen oder Riemen übertragen, wo es durch Saugen bis etwa 25 % Wassergehalt entwässert wird. Die so gebildete Lage wird vom Riemen auf eine Drehtrommel übertragen. Wenn genug Lagen auf der Trommel ubereinandergeschichtet sind, um eine Platte der gewünschten Dicke aufzubauen, wird die Platte von der Trommel abgeschnitten. Im Fall der Hatschek-Maschine wird die Lage auf einem Drehsieb abgeschieden und dann auf einen Riemen und von da auf eine Trommel übertragen. Die Platte wird wiederum von der Trommel abgeschnitten, sobald eine ausreichende Zahl von Lagen zum Aufbau der erforderlichen Dicke ubereinandergeschichtet ist.
Die nachfolgende Verarbeitung ist praktisch in jedem Fall gleich. Ein Schneidwerk wird zum Ausprägen der Form mehrerer flacher rechteckiger Dachziegel mit ihren Befestigungslöchern auf der Platte verwendet. Die Ziegel können von Normabmessungen von beispielsweise 600 χ 300 mm oder 500 χ 2500 mm sein. Die Platte wird auf eine
Stahl zwischenplatte gelegt und zu einem Stapel gleicher Platten gefördert. Wenn eine ausreichende Zahl von ausgeprägten Platten im Stapel angesammelt ist, wird dieser zu einer Presse gefördert, wo die Platten weiter durch Druck bis zu einem Endwassergehalt von etwa 20 % entwässert werden. Die Zwischenplatten werden dann entfernt, und die Platten werden bei 80 0C 24 h erhärtet und schließlich bei Umgebungstemperatur sieben Tage gelagert. Die einzelnen Dachziegel können dann voneinander getrennt werden und sind, falls erwünscht, zum Aufbringen eines Überzugs bereit.
Die folgenden Beispiele I und II beziehen sich auf die Herstellung von Dachziegeln in der obigen Weise auf einer Beil-Maschine.
Beispiel I
Eine wässerige Aufschlämmung wurde mit der folgenden, als Feststoff-Gewichtsteile ausgedrückten Zusammensetzung hergestellt:
üblicher Portlandzement 61 %
pulverisierte Brennstoffasche 25 %
verflüchtigte Kieselerde (86 Gew. % SiO2) 9 %
zerfaserte, zerhackte Stränge von
alkalibeständigen Glasfasern des Typs Q 0,
"Cem-FIL" 6 /a
Zellulosebrei 2 %
Herkömmliche Dispergiermittel, Flockungsmittel usw. können ebenfalls in geringen Mengen (weniger als 0,1 %) in bekannter Weise zugesetzt werden.
Die Glasfaserstränge waren im wesentlichen 3 mm lang und bestanden aus Fasern von etwa 20 \im Durchmesser, die mit einer Schlichtezusammensetzung geschlichtet waren, die sichern sollte, daß sich die Stränge im Kontakt mit der Aufschlämmung dispergieren oder zerfasern.
Beispiele solcher Schlichten sind in der US-PS 3 948 673 beschrieben. Die Zusammensetzung der Glasfasern war in Mol. %:
SiO2 69 %
ZrO2 9 %
Na2O 15,5 %
CaO 6,5 %
Nach dem Erhärten gemäß obiger Beschreibung in 24 h bei 80 0C und nach Lagerung während sieben Tagen bei Umgebungstemperatur wurden die Ziegel geprüft, um ihre Biegefestigkeiten sowohl in Längs- als auch in Querrichtung bezüglich der Bewegungsrichtung des Riemens der Bell-Maschine festzustellen; sie wurden ebenfalls auf ihre Schlagfestigkeit geprüft. Weitere Probeziegel wurden einer beschleunigten Alterung durch völliges Eintauchen in Wasser bei 70 0C für 16 Tage unterworfen, was angenähert 30 Jahre natürlicher Wetterbeanspruchung simuliert, und dann erneut geprüft. Die erhaltenen Ergebnisse waren folgende:
Tabelle 1
Proportionalitäts-
grenze (N.mm )
Bruchmodul (N.mm )
Schlagfestigkeit
(N.mm.mm )		 längs quer Mittel
Sofort
nach
Erhärten		 Proportionalitäts- . ·
grenze (N.mm )
l. (■ r . ,
Bruchmodul
(N.mm"2)
Schlagfestigkeit
(N.mm.mm )		 22;9 12,6 .
25;8 1571 2075
3,2
Nach
"beschleu
nigter
Alterung.		 28, 7 1 6,0
29;7 17,3 23,5
2,4
Dichte der Ziegel: 1,95 g.cm
-3
_2 Man sieht, daß der mittlere Bruchmodul über 20 N.mm war und sich
nach der Alterung erhöhte.
Beispiel II
Dachziegel wurden, wie oben beschrieben, aus einer wässerigen Zementaufsch!ämmung mit der folgenden als Gewichtsprozentsätze der Feststoffanteile ausgedrückten Zusammensetzung hergestellt:
üblicher Portlandzement pulverisierte Brennstoffasche verflüchtigte Kieselerde (86 Gew. % SiO2) zerfaserte zerhackte Glasfaserstränge (wie im Beispiel 1)
Zellulosebrei
Dispergiermittel, Flockungsmittel usw.
81 % 24,5 g %
3,5 " °>1
Die erzeugten Ziegel wurden wie im Beispiel I mit den folgenden Ergebnissen geprüft:
. Tabelle
Proportionalitäts-
grenze (N.mm )		 längs quer Mittel
'Sofort Bruchmodul 24r6 15,9
nach ' (N.mm"2)
Schlagfestigkeit
(N.mm.mm		 25 8 16,5 21,2
Erhärten - - 2,9
Dichte der Ziegel: 1,90 g.cm
-3
Beispiel HI
Dachziegel wurden wie in den Beispielen I und II aus einer wässerigen Aufschlämmung mit den folgenden Feststoffgewichtsgehalten hergestellt:
Üblicher Portlandzement 70 %
pulverisierte Brennstoffasche 14 %
verflüchtigte Kieselerde .. 0/
(86 Gew. % SiO2) " /o
zerfaserte, zerhackte Glasfaser- 35? stränge (wie im Beispiel I) ' ° Verfahrenshilf (zellulose-
brei, Dispermiermittel, 1,5 %
Flockungsmittel.)
Vergleichsbeispiel IV
Zum Vergleich wurde eine weitere Gruppe von Ziegeln aus einer Aufschlämmung wie im Beispiel III, jedoch unter Ersatz der pulverisierten Brennstoffasche durch Kalksteinmehl (CaCOo) hergestellt.
Vergleichsbeispiel V
Für einen weiteren Vergleich wurden Dachziegel aus einer Aufschlämmung hergestellt, deren Feststoffgewichtsgehalte waren:
üblicher Portlandzement 69 %
pulverisierte Brennstoffasche 6 %
verflüchtigte Kieselerde (86 Gew. % SiO2) 20 % zerfaserte, zerhackte Glasfaser- ■ ? °/ stränge (wie im Beispiel I) Verfahrenshilfsmittel (Zellulosebrei, 2 „, Dispergiermittel, Flockungsmittel)
Versuchsergebnisse mit den Dachziegeln des Beispiels III und der Vergleichsbeispiele IV und V waren folgende:
Dichte Proportional itäts-
grenze		 Bruchmodul Schlagfestig
keit		 Spezifischer
Bruchmodul
Ill Sofort nach Er
härten
nach beschleunigtem
Altern		 1,7
1,7		 12,3
16,0		 15,1
17,0		 3,8
2,7		 8,9
10,1
IV Sofort nach Er
härten		 1,7 12,6 15,4 4,0 9,1
nach beschleunigtem
Altern		 1,7 11,1 11,4 1,0 6,7
V Sofort nach
Erhärten		 1,5 8,7 11,8 8,0 7,9
CO 4>· CO CD OO
Man sieht, daß der Ersatz der pulverisierten Brennstoffasche durch Kalksteinmehl im Beispiel IV eine stark verringerte Festigkeit nach dem Altern ergab, während Beispiel V mit zu viel Kieselerde und zu wenig pulverisierter Brennstoffasche eine schlechte Festigkeit auch soforftnach dem Erhärten hatte.
Beispiel VI
Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer flachen Platte aus glasfaserverstärktem Zement auf einer Hatschek-Maschine zur Verwendung als Bauplatte, für die ein Mindestdurchschnittsbruchmodul (MOR) von 16 N.mm '
vorgeschrieben werden können.
-2 -3
bruchmodul (MOR) von 16 N.mm und eine Mindestdichte von 1,3 g.cm
Die wässerige Aufschlämmung hatte in Gewichtsanteilen die folgende Zusammensetzung:
üblicher Portlandzement 60,5 %
pulverisierte Brennstoffasche 24,5 %
verflüchtigte Kieselerde ο η °/
(86 Gew. % SiO2) ö'u /o
dispergierbare, zerhackte τ ς °/
Glasfaserstränge ' /o
Verfahrenshi1fsmi ttel
(Zellulosebrei, Dispergier- 3,5 %
mittel, Flockungsmittel)
Die Glasfaserstränge waren, wie oben im einzelnen im Beispiel I beschrieben.
Platten wurden in herkömmlicher Art auf der Hatschek-Maschine gebildet. Einige dieser Platten wurden unter Verwendung eines herkömmlichen Profilierkopfes profiliert (d. g. gewellt) und auf einer entsprechend gestalteten Schablone zum Erhärten abgeschieden. Andere
Platten wurden zwecks Entwässerung bis zu einem Wassergehalt von 20 % vor dem Erhärten gepreßt. In jedem Fall wurde die Platte dann 24 h bei 80 0C erhärtet und danach sieben Tage bei Umgebungstemperatur gelagert. Aus der Platte geschnittene Proben wurden, wie oben beschrieben, untersucht, um ihre Biegefestigkeiten sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung bezüglich der Bewegung des zylindrischen Siebs und Riemens der Hatschek-Maschine zu überprüfen. Sie wurden auch bezüglich der Schlagfestigkeit getestet. Die erhaltenen Ergebnisse waren:
Tabelle 4
Profilierte ungepreßte Platte: Trockendichte 1,4 g Quer • cm"
Proportionalitätsgrenze Längs 12,6 Mittel
13,8 16,7 13,2
Bruchmodul 22,4 - 19,6
Schlagfestigkeit - -3
g.cm		 3,7
Gepreßte flache Platte; Trockendichte 1,7 Quer
Längs 16,9 Mittel
Proportionalitätsgrenze 18,7 19*8 17,8
Bruchmodul 31,8 25,8
Schlagfestigkeit 3,5
Weitere Versuche wurden im Laboratorium zur Ermittlung des Bereichs möglicher Zusammensetzungen für das Plattenmaterial zur Herstellung von Dachziegeln durchgeführt. Bei solchen Laboratoriumsversuchen ist es mit normaler Einrichtung schwer, ein so dünnes Erzeugnis wie auf
den Maschinen normaler Abmessungen herzustellen, und es ist nicht möglich, den Ziegel als Reihenfolge von Lagen' aufzubauen oder die gleiche Erzeugnisdichte zu erhalten. Die erhaltenen Ergebnisse sind in vergleichender Betrachtung brauchbar, obwohl die erhaltenen Absolutwerte nicht direkt in Werte übertragen werden können, die man unter Verwendung entsprechender Zusammensetzungen beim vollen Industriebetrieb auf einer Bell- oder Hatschek-Maschine erhalten würde. Die Laboratoriumsversuche wurden durchgeführt, indem man einen Ziegel in Quadratform mit 30 cm Seitenlänge und 8 mm Dicke herstellte und ihn durch gleichzeitige Einwirkung von Druck und Saugkraft entwässerte. Der Ziegel wurde dann 24 h bei 60 0C erhärtet, und die Festigkeitswerte wurden wie in den vorherigen Beispielenfgemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 aufgeführt, die auch die Zusammensetzung jedes Ziegels, die Länge der verwendeten Glasfasern und eine Zahlenangabe für den Bruchmodul enthält, die wegen der geringeren Dichte des Ziegels im Gegensatz zu der für einen aus der gleichen Zusammensetzung beim normalen Industriebetrieb zu erwartenden korrigiert ist. In allen diesen Beispielen wurde verflüchtigte Kieselerde von wenigstens 86 Gew. % SiQ2-Gehalt verwendet.
üblicher Port pulveri % 25 verflüch Tabelle 0 % 5 Faser Zeilu- · Dich ProDortiona- Bruch Schlag Spezifischer I
landzement sierte 14,5 11,5 länge lose, te litäts- . modul festig •Bruchmodul rc
Probe % Brennstoff 14,5 Glasfa- 11,5 Disper grenze r keit (wegen
No. asche 28,5 tigte Kie- sern 5,0 gier Dichte I
24 sei erde 9,5 mittel korrigiert) C
<
29 % 9,5 3,5 Flockungs c *
E CC
27 11 3,5 mittel
%		 C
*
69 32 11 3,5 6 mm 2,5 1,68 7,3 13,1 2,5 7,8
69 14 11 3,0 6 mm 1,5 1,72 14,9 16,9 3,4 9,8 • « · c
* «
«cc*
*
cc «
1 69 0 10 3,0 3 mm 1,5 1,72 18,3 20,3 4,0 11,7 c cc
4 C «
et«-«
2 62 3,0 3 mm 1,5 1,59 11,4 12,5 2,3 7,9 («CC
3 62 3,5 3 mm 1,5 1,66 15,4 16,8 3,3 10,1 CO l
4 57 3,5 3 mm 1,5 1,64 15,3 16,7 3,5 10,2 4·^·
CO
5 57 2,5 3 mm 1,5 1,67 15,2 16,6 4,7 9,9 CD
6 52 3,0 3 mm 1,5 1,63 13,7 15,8 4,9 9,7 OO
7 71 6 mm 1,5 1,68 14,9 16,1 3,4 9,6 ".
8 81 3 mm 6,0 1,55 12,0 14,5 3,2 9,4
9
10
Von den zehn überprüften Proben sind die Proben 1 und 10 nur als Vergleichsproben enthalten, die außerhalb des Bereichs der Erfindung liegen, da sie keine verflüchtigte Kieselerde bzw. pulverisierte Brennstoffasche enthalten. Die Probe 4 liegt ebenfalls außerhalb des Bereichs der Erfindung, da der Gehalt an verflüchtigter Kieselerde zu niedrig zur Verwendung eines Materials von nur 86 Gew. % SiOp-Gehalt ist. Die erhaltenen Festigkeiten konnten durch Erhöhen der Erhärtungstemperatur gesteigert werden und wurden sicherlich beim vollen Industriebetrieb aufgrund der besseren Verteilung der Glasfasern erhöht werden, die sich aus der Bildung einzelner Lagen auf den Bell- und Hatschek-Maschinen ergibt.
Die Tabelle 5 zeigt, daß, wenn die verflüchtigte Kieselerde nicht vorliegt (Probe 1), die Gesamtfestigkeit der Matrix im Vergleich mit solchen Proben schlecht ist, die über 8 % der verflüchtigten Kieselerde enthalten. Probe 10 zeigt, daß in der Abwesenheit pulverisierter Brennstoffasche die Anfangsfestigkeit nierig im Vergleich mit solchen ..Proben.:", ist, die gleichwertige Mengen verflüchtigter Kieselerde enthalten; aus einer solchen Zusammensetzung hergestellte Erzeugnisse zeigen, wenn sie einer künstlichen Alterung unterworfen sind, einen weiteren Abfall der Festigkeit. Die Festigkeit der Probe 4 würde wesentlich erhöht, wenn verflüchtigte Kieselsäure von 94 % SiO2-Gehalt gemäß der Erfindung verwendet wäre.
Um die Bedeutung der Verwendung verflüchtigter Kieselerde mit 94 % SiO2-Gehalt statt mit 86 % SiOp-Gehalt zu zeigen, wenn der Anteil der verflüchtigten Kieselerde im Material verhältnismäßig niedrig ist, würde eine Anzahl von Proben im Laboratorium hergestellt, die sich nur in der Art und im Anteil der verflüchtigten Kieselerde unterschieden, und auf Proportionalitätsgrenze (= "LOP") und Bruchmodul (="M0R") mit den folgenden Ergebnissen überprüft. Es wurden zwei Sorten verflüchtigter Kieselerde mit einem SiOp-Gehalt von 86 % und eine Sorte mit einem SiOg-Gehalt von 94 % verwendet, die in den folgenden Tabellen als Sorte 1 bzw. 2 bzw. 3 bezeichnet sind.
Tabelle 6A
verflüchtigte
(86 % SiO2)		 Kieselerde Proportiona
litätsgrenze		 Tabelle 6B Bruch
modul
8*£ Il Il ( Sorte 1) 12,6 (Sorte 1) 10,6 15,3
6έ» Il Il » 11.1 (Sorte 2) 10,8 13,4
5i* 10}4 10,3 12,4
verflüchtigte Kieselerde 8,6
ei» (86 % SiO0
Il &		 )
Il		 13,2
81» Il Il 13,6
6i» Il Il 12,5
r- 1 O'
55'°		 11,4
Tabelle 6C
Proportionalitäts- Bruchmogrenze dul
8*?ό Verflüchtige Kiesel-(86% SiO2)
8^Verflüchtigte Kie- (94% SiO2) _.„ sei erde
( Sorte 1)
( Sorte 3)
10,6
% 6 9,4
9/5
12.2 12?5 12,0 12.0
Man sieht, daß die Verringerung des Kieselerdegehalts von 8 1/2 % auf 5 1/2 % von einem wesentlichen Festigkeitsverlust begleitet wurde, wo verflüchtigte Kieselerde mit 86 % SiCL-Gehalt verwendet wurde, daß jedoch mit der verflüchtigten Kieselerde mit dem SiC^-Gehalt von 94 % kein merklicher Festigkeitsverlust auftrat.

Claims (18)

Patentansprüche
1. Plattenmaterial, das aus einer faserverstärkten Zementzusammensetzung gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusammensetzung in Gewichtsprozenten als Feststoffe
üblichen Portlandzement 50 bis 71 %
pulverisierte Brennstoffasche 14 bis 40 %
verflüchtigte Kieselerde
(wenigstens 86 Gew. % SiO2 enthaltend) 5 bis 12 %
zerfaserte, zerhackte Glasfaserstränge 2 bis 7 %
enthält, wobei diese Bestandteile wenigstens 90 Gew. % der festen Bestandteile der Zusammensetzung darstellen und wobei, wenn die Zementzusammensetzung weniger als 8 Gew. % verflüchtigte Kieselerde enthält, diese von einer mehr als 86 Gew. % SiOp enthaltenden Sorte ist, während, wenn die Zementzusammensetzung nur 5 Gew. % verflüchtigte Kieselerde enthält, diese von einer wenigstens 94 Gew. % enthaltenden Sorte ist, und
daß das Plattenmaterial- einen Mindestdurchschnittsbruchmodul von
-2 -3
16 N.mm und eine Mindestdichte von 1,3 g.cm hat.
2. Plattenmaterial nach Anspruch,!,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gewichtsprozentsatz der zerfaserten zerhackten Glasfaserstränge 3 bis 4 % beträgt.
078-55912-TF
3.· Plattenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest der Zusammensetzung bis zu 4 Gew. % Zellulosebrei enthält.
4. Plattenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die zerfaserten, zerhackten Glasfaserstränge aus einer wenigstens 6 Mol.% ZrOg enthaltenden, alkalibeständigen Glaszusammensetzung bestehen.
5. Plattenmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusammensetzung der Glasfaserstränge in Mol.% im wesentlichen folgende ist:
SiO2 69 % ZrO2 9 % Na9O 15,5 %
CaO 6,5 %.
6. Zur Verwendung als Dachziegel geeignetes flaches Plattenmaterial das aus einer faserverstärkten Zementzusammensetzung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusammensetzung in Gewichtsprozenten als Feststoffe
üblichen Portlandzement 60 bis 70 % pulverisierte Brennstoffasche 20 bis 40 %
verflüchtigte Kieselerde (wenigstens 86 Gew. % SiO2 8 bis 12 % enthaltend)
zerfaserte, zerhackte Glas- 0 .. r- 0/
- _l·· L. D ι ο Ό
faserstrange
enthält, wobei diese Bestandteile wenigstens 98 Gew. % der festen
Bestandteile der Zusammensetzung darstellen und wobei der eventuelle Rest aus kompatiblen Bestandteilen besteht, und
daß das Plattenmaterial einen Mindestdurchschnittsbruchmodul von 20 N.mm und eine Mindestdichte von 1,8 g.
Oberfläche zur Aufnahme eines Überzugs hat.
7. Verfahren zur Herstellung eines Plattenmaterials nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Mischen einer wässerigen Aufschlämmung, deren FeststoffanteiIe enthalten: ~~
üblichen Portlandzement 50 bis 71 Gew. %
pulverisierte Brennstoffasche 14 bis 40 Gew. %
verflüchtigte Kieselerde
(wenigstens 86 Gew. % SiO? ς , . .? ß 0/ enthaltend) L b bis I^ feew. i
dispergierbare, zerhackte Glas- -, .. 7 r v faserstränge ά bls ' bew' /o'
wobei diese Bestandteile wenigstens 90 Gew. % der Feststoffanteile der Aufschlämmung darstellen und wobei, wenn die Aufschlämmung weniger als 8 Gew. % verflüchtigte Kieselerde enthält, diese von einer mehr als 86 Gew. % SiO2 enthaltenden Sorte ist, während, wenn die Aufschlämmung nur 5 Gew. % verflüchtigte Kieselerde enthält, diese von einer wenigstens 94 Gew. % SiO2 enthaltenden Sorte ist, welches Mischen so durchgeführt wird, daß die zerhackten Glasfaserstränge zu einzelnen Fasern dispergiert werden;
Abscheiden einer Lage aus der Aufschlämmung auf einer perforierten Oberfläche;
übereinanderschichten einer Mehrzahl solcher Lagen zum Aufbau einer Platte des zementhaltigen Materials· und
Erhärten der Platte.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischen der Aufschlämmung derart durchgeführt wird, daß man zuerst den Zement, die pulverisierte Brennstoffasche und die
Kieselerde mit Wasser in einem Hochscherkraftmischer mischt
und dann die dispergierbaren, zerhackten Glasfaserstränge unter Niedrigscherkraftmischbedingungen zusetzt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischen der Aufschlämmung derart durchgeführt wird, daß man zuerst den Zement und die pulverisierte Brennstoffasche und Wahlweise einen Teil der Kieselerde mit Wasser in einem Hochscherkraftmischer mischt und dann diejKieselerde oder den Rest der Kieselerde mit den dispergierbaren zerhackten Glasfasersträngen unter
Niedrigscherkraftmischbedingungen zusetzt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abscheiden der Lage und der Aufbau der Platte auf einer Asbest-Zement-Maschine des Bell- oder Hatschek-Typs durchgeführt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte vor dem Erhärten zu einem gewünschten Querschnittsprofil geformt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte durch Anwendung eines Vakuumprofilierkopfes bekannter Art geformt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte geformt wird, indem man sie auf einer Schablone anordnet, deren Oberseite das gewünschte Querschnittsprofil hat, und die Platte in Kontakt mit dieser Oberseite absinken läßt.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite Schablone mit dem Profil über der Platte angeordnet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 90 0C 24 h erhärtet und danach bei Umgebungstemperatur 7 Tage zur Vervollständigung des Erhärtens gelagert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 80 0C erhärtet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte vor dem Er ,härten zwecks Entwässerung gepreßt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, zur Herstellung von Dachziegeln, dadurch gekennzeichnet,
daß die Formate der Dachziegel aus der Platte vor dem Pressen und Erhärten ausgeprägt und die Ziegel nach dem Erhärten getrennt werden.
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