DE3720134A1 - Durable, high-strength construction-material mouldings - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft dauerbeständige Baustoff-Formteile gemäß der Deutschen Patentanmeldung P-36 41 370.4, welche aus den Hydratationsprodukten eines zementähnlichen alkaliarmen Bindemittels sowie alkaliempfindlichen Bewehrungsstoffen bestehen, die aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften hohe Haftfestigkeiten zueinander ausbilden.The invention relates to durable building material moldings according to German patent application P-36 41 370.4, which from the hydration products of a cement-like low-alkali binder and alkali-sensitive Reinforcement fabrics are made due to their special Properties of high adhesive strength to each other.
Es ist bekannt, daß zur Herstellung von Baustoff-Formteilen oder Verbundwerkstoffen Asbestfasern oder andere alkalibeständige Fasern und handelsübliche Portlandzemente verwendet werden können. Es ist ferner bekannt, daß Werkstoffe aus Asbestzement im verdichteten Zustand (Werkstoffdichte 1,7-2,1 kg/dm³) mit Biegefestigkeiten von 20-35 N/mm² und hoher Langzeit- bzw. Witterungsbeständigkeit bisher gegenüber allen anderen Verbundwerkstoffen als unnachahmlich gelten. Die bekannten Asbestzement-Verbund werkstoffe haben die technischen Anforderungen der Anwender optimal erfüllt. Herstellung und Anwendung müssen aufgrund von ökologischen und physiologischen Problemen, die im Zusammenhang mit dem Asbest auftreten, aufgegeben werden. It is known that for the production of building material moldings or composite materials, asbestos fibers or other alkali-resistant Fibers and standard Portland cements can be used. It is also known that Asbestos cement materials in compressed state (Material density 1.7-2.1 kg / dm³) with bending strengths of 20-35 N / mm² and high long-term or weather resistance so far compared to all other composite materials apply inimitably. The well-known asbestos cement composite materials have the technical requirements of the user optimally fulfilled. Manufacture and application have to of ecological and physiological problems that arise in the Related to asbestos occur, be abandoned.
Daher wurde die Substitution der Asbestfaser zu einem vordringlich zu lösenden Problem. Im Ergebnis intensiver Forschungsarbeit wurden anorganische und organische Fasern entwickelt, die vor allem einem alkalischen Milieu in einer Portlandzementmatrix widerstehen können. Allerdings werden bei Verwendung dieser Substitute die hohen Biegefestigkeiten des Asbestzements bei weitem nicht erreicht. Die Verwendung von Zellulosefasern in Verbindung mit Portlandzement führte zu Anfangsfestigkeiten, die der Asbestzementfestigkeit am nächsten kommen, ohne diese zu erreichen. Allerdings enttäuschten Baustoff-Formteile, die Zellulosefasern als Bewehrungsstoff beinhalteten, im Langzeitverhalten, da sich die Zellulosefasern als alkaliempfindlich erwiesen und der Faserkorrosion unterlagen.Therefore, the substitution of the asbestos fiber became one problem to be solved urgently. As a result, more intense Research work focused on inorganic and organic fibers developed, which mainly an alkaline environment in one Portland cement matrix can withstand. However the high bending strengths when using these substitutes of the asbestos cement is far from being reached. The usage of cellulose fibers in connection with Portland cement to initial strengths that match the asbestos cement strength on come next without reaching them. Indeed disappointed building material moldings that cellulose fibers as Reinforcement included, in long-term behavior, as the cellulose fibers proved to be alkali sensitive and the Fiber corrosion has been documented.
Alle bekannten Ersatzlösungen mit alkalibeständigen synthetischen Fasern weisen den Mangel auf, daß bei Inkaufnahme von hohen Herstellungskosten für die Fasern nur vergleichsweise niedrige Werkstoff-Biegefestigkeiten oder bei Verwendung von nicht alkalibeständigen Zellulosefasern in Verbindung mit Portlandzementen zwar gute Anfangsfestigkeiten aber unbefriedigende Langzeitfestigkeiten erzielt werden.All known replacement solutions with alkali-resistant synthetic fibers have the shortcoming that Acceptance of high manufacturing costs for the fibers only comparatively low material bending strengths or when using non-alkali-resistant cellulose fibers good initial strengths in connection with Portland cements but unsatisfactory long-term strengths achieved will.
Zweck der Erfindung ist es, das in der Anfangsphase gute Bewehrungsverhalten preisgünstiger und überall verfügbarer nicht alkalibeständiger Fasern, insbesondere von Altpapier- und Zellulosefasern, im Verbund mit hydraulisch erhärtenden Bindemitteln auch im Langzeitverhalten industriell nutzbar zu machen und so die Herstellung von langzeit- und witterungsbeständigen Verbundwerkstoffen mit dem Asbestzement entsprechenden oder höheren Biegefestigkeiten zu ermöglichen.The purpose of the invention is that which is good in the initial phase Reinforcement behavior cheaper and more widely available non-alkali-resistant fibers, especially waste paper and cellulose fibers, in combination with hydraulically hardening Binders can also be used industrially in long-term behavior to make and so the production of long-term and weather-resistant composite materials with the asbestos cement corresponding or higher bending strengths enable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Baustoff-Formteile zur Verfügung zu stellen, die gegenüber bekannten Baustoff- Formteilen wesentlich erhöhte Biegefestigkeits-Dichte- Verhältnisse und auch eine erhöhte Langzeitbeständigkeit aufweisen.The invention is based, building material molded object to make available to the known building materials Moldings significantly increased bending strength density Conditions and also increased long-term durability exhibit.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein dauerbeständiges Faserstoff-Bindemittel-System-Baustoff- Formteil gemäß der P 36 41 370.4 aus einem hydraulischen Bindemittel mit einem im Vergleich zum Portlandzement viel geringeren Kalk- und wesentlich höheren Kalziumsulfat-Gehalt und alkaliempfindlichen Fasern, insbesondere Zellulose fasern, zusammengesetzt ist.According to the invention the object is achieved in that a permanently stable fibrous binder system building material Molded part according to P 36 41 370.4 from a hydraulic Binder with a lot compared to Portland cement lower lime and much higher calcium sulfate content and alkali-sensitive fibers, especially cellulose fibers, is composed.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung besteht das Bindemittel aus 60-80 Massen% einer latenthydraulischen Komponente, z. B. gemahlenem Hüttensand oder gemahlener Hüttenschlacke, 15-25 Massen% einer Kalziumsulfat- Komponente, z. B. Halbhydratgips (Stuckgips) und 3-10% einer handelsüblichen Zement-Komponente, z. B. Portlandzement oder -klinker. Die latenthydraulische Komponente soll 8-15 Massen% amorphes reaktionsfähiges Al₂O₃, 1-10 Massen% amorphes MgO (nicht als Periklas) und 35 bis 45 Massen% CaO aufweisen.According to a preferred embodiment of the invention, there is Binder from 60-80 mass% of a latent hydraulic Component, e.g. B. ground slag sand or ground Metallurgical slag, 15-25 mass% of a calcium sulfate Component, e.g. B. hemihydrate gypsum and 3-10% a commercially available cement component, e.g. B. Portland cement or clinker. The latent hydraulic component is said to be 8-15 Mass% amorphous reactive Al₂O₃, 1-10 mass% amorphous MgO (not as periclase) and 35 to 45 mass% CaO exhibit.
Beim Anmachen mit Wasser erhärtet das Bindemittel unter Bildung wasser- und wetterbeständiger fester Gele und kristalliner Erhärtungsprodukte. The binder hardens when mixed with water Formation of water and weather resistant solid gels and crystalline hardening products.
Der Al₂O₃-Gehalt gewährleistet eine gute sulfatische Anregung und bewirkt in Verbindung mit den anderen aktiven Bestandteilen die Entwicklung hoher Haftfestigkeiten zwischen der Bindemittelmatrix und der Zellulosefaser. Daher ist es möglich, bezogen auf die Bindemittelmasse sogar bis zu 40 Massen% Zellulosefasern zuzugeben. In vorteilhafter Weise wird man zwischen 5 Massen%-40 Massen% Zellulosefasern, bezogen auf die Bindemittelmasse, beimengen.The Al₂O₃ content ensures a good sulfate Stimulation and causes in connection with the other active Components the development of high adhesive strengths between the binder matrix and the cellulose fiber. Therefore it is possible, based on the binder mass, even up to to add 40 mass% cellulose fibers. In advantageous Way you get between 5 mass% -40 mass% cellulose fibers, based on the binder mass, add.
Das Al₂O₃ fördert die Gel-Bildung und die Bindung von CaO und MgO, so daß die Alkalität dauerhaft auf einen für die Zellulosefasern unschädlichen Wert, wie es in der P 36 41 370.4 angegeben ist, gesenkt wird.The Al₂O₃ promotes gel formation and the binding of CaO and MgO so that the alkalinity is permanent for one Cellulose fibers harmless value, as in P 36 41 370.4 is specified, is lowered.
Im Gegensatz zu Baustoff-Formteilen die aus bekannten Faserverbundwerkstoffen bestehen, sind die erfindungsgemäßen Baustoff-Formteile wesentlich effektiver, da sie selbst im Vergleich zu den bisher als hochfest geltenden Asbest zementen höhere Festigkeit ausbilden und zu extrem günstigen Festigkeits-Dichte-Verhältnissen führen. Darüber hinaus wird jede wirtschaftliche Effektivität durch die Verwertungsmöglichkeit von Recyclingstoffen (z. B. Hüttenschlacken, Rauchgasentschwefelungsgipsen und Altpapier) und deren in der Regel niedrigen Preise erhöht.In contrast to building material moldings from known ones Composite materials are made, are the invention Building material molded parts much more effective, since they are even in Comparison to the asbestos, which was previously considered to be highly resistant Cements form higher strength and at extremely affordable Strength-density relationships lead. Beyond that any economic effectiveness through the possibility of exploitation of recycling materials (e.g. slag, Flue gas desulfurization gypsum and waste paper) and their in the Usually low prices increased.
Die zur Herstellung der Baustoff-Formteile dienenden Faserstoff-Bindemittel-Gemische der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhärten unter Ausbildung hoher Haftfestigkeiten zwischen den Zellulosefasern und der Bindemittelmatrix. Der Bewehrungseffekt der Zellulosefaser in dieser Bindemittelmatrix ist dauerhaft, weil aufgrund der speziellen Bindemittelzusammensetzung die Alkalien in einem solchen Maße gebunden werden, daß für die Zellulosefaser eine unschädlich niedrige Alkalität gewährleistet ist. Hierbei werden die Bedingungen, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 36 41 370.4 definiert sind, optimal erfüllt. Die erhärteten Faserverbundwerkstoffe erreichen hohe Biegefestigkeiten, sind in hohem Maße langzeit-, witterungs- und sulfatbeständig und besitzen im Vergleich zu Portlandzementerzeugnissen eine verbesserte Säureresistenz. Trotz hoher Biegefestigkeiten ist ihr Elastizitätsmodul vergleichsweise niedrig, was gegenüber herkömmlichen Zementprodukten auf eine geringere Sprödbruch-Anfälligkeit und die Verringerung von Zwängspannungen bei den üblicherweise festeingebauten Platten infolge der unvermeidlichen Einwirkung von Feuchte- und Temperaturgradienten schließen läßt.The ones used to manufacture the building material moldings Fibrous binder mixtures of the invention The composition hardens with the formation of high adhesive strengths between the cellulose fibers and the binder matrix. The reinforcement effect of the cellulose fiber in this Binder matrix is permanent because of the special binder composition the alkalis in one such dimensions that are bound for the cellulose fiber harmlessly low alkalinity is guaranteed. Here, the conditions as in the German Patent application P 36 41 370.4 are defined, optimal Fulfills. Reach the hardened fiber composites high bending strength, are highly long-term, weather and sulfate resistant and possess in comparison improved acid resistance to Portland cement products. Despite high bending strengths, their modulus of elasticity is comparatively low, what compared to conventional Cement products on a lower susceptibility to brittle fracture and the reduction of constraint stresses in the usual fixed panels due to the inevitable Close exposure to moisture and temperature gradients leaves.
Die Erfindung wird im folgenden an Beispielen erläutert, durch die weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Baustoff-Formteile gegenüber dem Stand der Technik verdeutlicht werden. Wenn es nicht anders ausgeführt ist, wird die Bindemittel-Zusammensetzung und der Faseranteil jweils in Massen% angegeben.The invention is explained below using examples, through the further details, features and advantages of Building material moldings according to the invention compared to the prior art Technology are made clear. If not done otherwise is the binder composition and the fiber content each indicated in mass%.
Ein feuchte- und witterungsbeständiger Verbundwerkstoff zur Herstellung der Baustoff-Formteile wurde hergestellt aus:A moisture and weather resistant composite material for Manufacture of the building material molded parts was made from:
75 Massen%bindemittelfein gemahlenem
Hüttensand
(Blainewert von
mindestens 3500 cm²/g)
20 Massen%Stuckgips nach DIN 1168
5 Massen%Portlandzement 45
nach DIN 1164
20 Massen%Altpapier- oder
Zellulosefasern75% by mass of finely ground binder
Slag sand
(Blaine value of
at least 3500 cm² / g) 20 mass% plaster of Paris according to DIN 1168 5 mass% Portland cement 45
according to DIN 1164 20 mass% waste paper or
Cellulose fibers
Der gemahlene Hüttensand bestand aus folgenden Anteilen: 34,44 SiO₂, 0,39 TiO₂, 12,75 Al₂O₃, 1,22 Fe₂O₃ (gesamtes Fe als Fe₂O₃), 0,18 MnO, 42,1 CaO, 7,84 MgO, 0,36 Na₂O und 0,6 K₂O.The ground slag sand consisted of the following parts: 34.44 SiO₂, 0.39 TiO₂, 12.75 Al₂O₃, 1.22 Fe₂O₃ (total Fe as Fe₂O₃), 0.18 MnO, 42.1 CaO, 7.84 MgO, 0.36 Na₂O and 0.6 K₂O.
Der so hergestellte Verbund-Werkstoff wies eine Trockendichte von mindestens 1,3 kg/dm³ und eine Mindestfestigkeit von 20 N/mm² auf.The composite material produced in this way had a dry density of at least 1.3 kg / dm³ and a minimum strength from 20 N / mm².
Ein Baustoff-Formteil wurde hergestellt aus:A building material molding was made from:
73 Massen%bindemittelfein gemahlenem
Hüttensand der
Zusammensetzung aus
Beispiel 1
20 Massen%Stuckgips nach DIN 1168
7 Massen%Portlandzement 45
nach DIN 1164
20 Massen%Altpapier- oder
Zellulosefasern73% by mass of finely ground binder
Hüttenandsand der
Composition from
Example 1 20% by mass of stucco according to DIN 1168 7% by mass of Portland cement 45
according to DIN 1164 20 mass% waste paper or
Cellulose fibers
Die Verbundwerkstoffplatten wiesen eine Trockendichte von mindestens 1,5 kg/dm³ und eine Mindestbiegefestigkeit von 30 N/mm² auf.The composite panels had a dry density of at least 1.5 kg / dm³ and a minimum bending strength of 30 N / mm².
Gleiche Ergebnisse wurden erhalten, wenn statt des Stuckgipses Rauchgasentschwefelungsgips angewandt wurde. The same results were obtained if instead of Stucco plaster flue gas desulphurization gypsum was applied.
Ein Baustoff-Formteil wurde hergestellt aus:A building material molding was made from:
73 Massen%bindemittelfein gemahlenem
Hüttensand mit
einer Zusammensetzung
gemäß Beispiel 1
20 Massen%Stuckgips nach DIN 1168
7 Massen%Portlandzement 45
nach DIN 1164
22 Massen%Altpapier- oder
Zellulosefasern73% by mass of finely ground binder
Hut sand with
a composition
according to Example 1 20% by mass of stucco according to DIN 1168 7% by mass of Portland cement 45
according to DIN 1164 22 mass% waste paper or
Cellulose fibers
Mit dieser Zusammensetzung hergestellte Platten erreichten eine Trockendichte von mindestens 1,5 kg/dm³ und eine Mindestbiegefestigkeit von 45 N/mm². Bei der Anwendung von Rauchgasentschwefelungsgips anstelle von Stuckgips konnten gleiche Baustoffeigenschaften erreicht werden.Panels made with this composition reached a dry density of at least 1.5 kg / dm³ and a Minimum bending strength of 45 N / mm². When using Flue gas desulfurization gypsum instead of stucco same building material properties can be achieved.
Ein Baustoff-Formteil wurde nach folgender Rezeptur hergestellt:A building material molding was made according to the following recipe produced:
73 Massen%Hüttensand mit der
Zusammensetzung nach
Beispiel 1
20 Massen%Stuckgips nach DIN 1168
7 Massen%Portlandzement 45
nach DIN 1164
30 Massen%Altpapier- oder
Zellulosefasern73 mass% of slag sand with the
Composition according to
Example 1 20% by mass of stucco according to DIN 1168 7% by mass of Portland cement 45
according to DIN 1164 30 mass% waste paper or
Cellulose fibers
Das Bindemittelgemisch wurde feinstgemahlen auf einen Blainewert von mindestens 6000 cm²/g und vorzugsweise ca. 7500 cm²/g. The binder mixture was finely ground to one Blaine value of at least 6000 cm² / g and preferably approx. 7500 cm² / g.
Ein auf diese Weise hergestelltes Baustoff-Formteil erreicht eine Mindestbiegefestigkeit von 45 N/mm² bei einer Trockendichte von nur mindestens 1,4 kg/dm³.A building material molding produced in this way is reached a minimum bending strength of 45 N / mm² with a dry density of at least 1.4 kg / dm³.
In Tabelle 1 sind die Biegefestigkeits-Dichte-Verhältnisse der vier Beispiele nochmals gegenübergestellt.Table 1 shows the flexural strength-density ratios compared to the four examples again.
Biegefestigkeits-Dichte-Verhältnisse
Ndm³/mm²kgBeispiel Nr.Flexural strength-density ratios
Ndm³ / mm²kgExample No.
15,41 20,02 30,03 32,1415.41 20.02 30.03 32.14
Im Vergleich dazu erreichen herkömmliche Asbestzement- Baustoff-Formteile Biegefestigkeits-Dichte-Verhältnisse von nur ca. 12 bis 17 (Ndm³/(mm²kg)).In comparison, conventional asbestos cement Building material moldings Bending strength-density ratios of only approx. 12 to 17 (Ndm³ / (mm²kg)).
Die aufgeführten Beispiele verdeutlichen, daß die erfindungsgemäßen Baustoff-Formteile im Vergleich zu Asbest- Zement-Formteilen schon bei geringer Baustoffdichte gleiche oder höhere Biegefestigkeiten und damit ein wesentlich verbessertes Aufwand-Leistungs-Verhältnis aufweisen. Für die wirtschaftliche Effektivität der erfindungsgemäßen Baustoff- Formteile schlagen neben den hohen Biegefestigkeit-Dichte- Verhältnissen insbesondere die niedrigen Rohstoffpreise der verwendeten Einsatzstoffe zu Buche. Die erfindungsgemäßen Baustoff-Formteile sind nach herkömmlichen Naß- und Halbtrockentechnologien herstellbar, so daß es aufwendiger Entwicklungsarbeiten für neue Fertigungstechnologien nicht bedarf.The examples listed illustrate that the inventive Building material molded parts compared to asbestos Cement moldings are the same even with a low building material density or higher bending strengths and therefore an essential have an improved cost-benefit ratio. For the economic effectiveness of the building materials according to the invention In addition to the high bending strength, density Conditions especially the low commodity prices of the used ingredients to beech. The invention Building material molded parts are according to conventional wet and Semi-dry technologies can be produced, making it more complex Development work for new manufacturing technologies is not requirement.
Claims (11)
60%-80% gemahlene latenthydraulische
Komponente
15%-25% Kalziumsulfat
3%-10% Portlandzement 2. Durable building material moldings according to claim 1, characterized in that the binder mixture has the following proportions (in mass%):
60% -80% ground latent hydraulic
component
15% -25% calcium sulfate
3% -10% Portland cement
8%-15% amorphes Al₂O₃
30%-40% amorphes SiO₂
1%-10% amorphes MgO
35%-45% CaO3. Durable building material molded parts according to claim 1 and / or 2, characterized in that the latent hydraulic component has the following composition (in mass%):
8% -15% amorphous Al₂O₃
30% -40% amorphous SiO₂
1% -10% amorphous MgO
35% -45% CaO
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