DE4108995C1

DE4108995C1 - Fibre-reinforced construction panel - contg. binder matrix including synthetic fibres and elastomer to improve bending and tensile strength

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Publication number: DE4108995C1
Application number: DE19914108995
Authority: DE
Inventors: Ivan Prof. Dr. 3380 Goslar De Odler; Werner 4650 Gelsenkirchen De Stecker
Original assignee: Stecker & Roggel Baugesellschaft Mbh 4650 Gelsenkirchen De
Current assignee: Stecker & Roggel Baugesellschaft Mbh 4650 Gelsenkirchen De
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1992-05-27
Anticipated expiration: 2011-03-20
Also published as: JPH05117009A

Abstract

Fibre-reinforced construction panel is based on a binder which is at least latently hydraulic, as matrix material, contg. 0.3-2 wt.% synthetic fibres and 0.2-5 wt.% of an elastomer. Pref. the matrix material comprises 25-60 wt.% of an inorganic binder and residual additives and admixts., pref. a silicatic component, more pref. sand, esp. quartz sand, a liquefier, pref. melamine resin or naphthalene sulphonate. Pref. the synthetic fibres are organic high modulus fibres, esp. polyacrylonitrile fibres. Pref. the elastomer is natural latex or a polystyrene-butadiene copolymer. Pref. the binder is a Portland cement. ADVANTAGE - New panel has max. bending strength and tensile strength and esp. fracture strength and the fibres are alkali-resistant, so that they can be processed with a conventional binder. (Dwg.0/0)

Description

Die Erfindung betrifft eine faserbewehrte Bauplatte.The invention relates to a fiber-reinforced building panel.

Normaler Beton und Mörtel haben eine geringe Biegezug- und Zugfestigkeit, Bruchdehnung (Bruchenergie) und Schlagzähigkeit sowie eine große Rißneigung. Diese Eigenschaften können durch das Einmischen von Fasern verbessert werden. In der Vergangenheit wurden hierzu in erster Linie Asbestfasern verwendet. Asbestfasern sind jedoch krebserregend. Insoweit wurde nach alternativen Faserstoffen gesucht.Normal concrete and mortar have a low bending tension and Tensile strength, breaking elongation (fracture energy) and impact strength and a great tendency to crack. These properties can be improved by the mixing of fibers. In the In the past, asbestos fibers were the primary source of this used. However, asbestos fibers are carcinogenic. in this respect was looking for alternative fibers.

Neuere Verfahren, die zum Teil noch im Versuchsstadium sind, verwenden beispielsweise Glas-, Stahl-, Kunststoff-, Kohlenstoff- oder Zellulosefasern. Newer methods, some of which are still in the experimental stage, use, for example, glass, steel, plastic, carbon or cellulose fibers.

Glasfasern müssen wegen der Zementmatrix alkalibeständig sein. Wie sich beispielsweise der GB-B 20 17 076 entnehmen läßt, ist hierzu die Bereitstellung eines speziellen Bindemittels erforderlich. In der GB-B 20 17 076 wird dazu eine Mischung aus Hochofenschlacke, Kalziumsulfatdihydrat und Kalziumhydroxid vorgeschlagen.Glass fibers must be alkali-resistant because of the cement matrix his. As can be seen, for example, GB-B 20 17 076 This is the provision of a special binder required. In GB-B 20 17 076 becomes a Blend of blast furnace slag, calcium sulphate dihydrate and Calcium hydroxide proposed.

Bei der Verwendung von Stahlfasern, die üblicherweise mit einem Durchmesser von 0,3 bis 1 mm eingesetzt werden, besteht beim Mischen die Gefahr einer Hohlraumbildung. Stahlfaserbetone haben deshalb bisher nur als Spritzbetone Anwendung gefunden.When using steel fibers, usually with a diameter of 0.3 to 1 mm are used, There is a risk of cavitation during mixing. Stahlfaserbetone therefore have so far only as shotcrete Application found.

Aus der DE-C 37 20 134 ist ein Verfahren zur Herstellung von dauerbeständigen Baustoff-Formteilen, insbesondere in Plattenform, bekannt, deren Bindemittel aus feingemahlenen, latenthydraulischen Komponenten, Kalziumsulfat und Portlandzement besteht, wobei die Massenanteile des Bindemittelgemisches so gewählt sind, daß die alkalische Pufferkapazität des Baustoffes 24 Stunden nach dem Herstellungszeitpunkt in einer definierten wäßrigen Prüfsuspension 0,005 Säureäquivalente/100 g Baustoff nicht überschreitet. Als Fasern werden Lignozellulosen in Massenanteilen zwischen 5 und 40% vorgeschlagen.From DE-C 37 20 134 is a process for the preparation of durable building material molded parts, in particular in Plate form, known whose binder is made of finely ground, latent hydraulic components, calcium sulfate and Portland cement consists, wherein the mass fractions of the binder mixture are chosen so that the alkaline buffer capacity of the building material 24 hours after the time of manufacture in a defined aqueous test suspension 0.005 acid equivalents / 100 g building material. As fibers, lignocelluloses are mixed in mass proportions 5 and 40% proposed.

Die Verwendung von Kunststoffasern in einem zementhaltigen Matrixmaterial beschreibt die US 47 72 328. Als besonders geeignet werden polymerisierte Acryl-Nitril-Fasern beschrieben. Die erzielbaren Festigkeitswerte sind relativ gering. The use of plastic fibers in a cementitious matrix material describes the US 47 72 328. Are particularly suitable polymerized Acrylic nitrile fibers described. The achievable strength values are relatively small.

Aus der US 42 46 155 sind Mischungen aus 10-30 Gew.-% Latex (2 Sorten) und Asbestfasern (1-6 Gew.-%) zur Herstellung von Bodenbelägen (Filzen) und Dichtungsmaterialien bekannt.From US 42 46 155 are mixtures of 10-30 wt .-% latex (2 varieties) and asbestos fibers (1-6 wt .-%) for the production of Floor coverings (felting) and sealing materials known.

Die vorstehend beschriebenen Ersatzprodukte für Asbest stellen insoweit Kompromisse dar, deren großtechnische Umsetzung bisher noch nicht zufriedenstellend gelöst wurde.The replacement products for asbestos described above represent compromises in this respect, their large-scale implementation has not yet been satisfactorily resolved.

Ein weiteres Problem besteht bei der Herstellung von faserbewehrten Bauplatten. Üblicherweise werden diese flächigen Körper nach dem sogenannten Hatchek-Verfahren hergestellt. Um auf der Filtertrommel eine entsprechende Schichtdicke aufbauen zu können, ist ein relativ hoher Faseranteil (10 bis 20 Massen-%) erforderlich. Dies verteuert das Endprodukt.Another problem is the production of fiber-reinforced Building panels. Usually, these two-dimensional Body produced by the so-called hatchek method. To on the filter drum a corresponding layer thickness to build up, is a relatively high fiber content (10 to 20 mass%) required. This increases the price of the final product.

Der vorliegenden Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine faserbewehrte Bauplatte auf der Basis eines zumindest latenthydraulischen Bindemittels anzugeben, die eine möglichst hohe Biegezug- und Zugfestigkeit und vor allem Bruchenergie besitzt, deren Fasern alkalibeständig sind, so daß sie mit einem konventionellen Bindemittel verarbeitet werden können, wobei ein möglichst geringer Faseranteil gewünscht wird. Darüber hinaus soll die Bauplatte eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Bewitterung besitzen. Es wurde nämlich festgestellt, daß bekannte faserbewehrte Bauplatten unter atmosphärischen Einflüssen (Sonne, Regen, Temperaturwechsel) häufig zur Rißbildung neigen.The object of the present invention is to that extent based, a fiber-reinforced building board based on a at least to provide latent hydraulic binder, the the highest possible flexural and tensile strength and before has all fracture energy whose fibers are alkali-resistant are so they with a conventional binder can be processed, with as little as possible Fiber content is desired. In addition, the building board should a high resistance to weathering have. It has been found that known fiber-reinforced Building boards under atmospheric influences (sun, Rain, temperature change) often tend to crack.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine faserbewehrte Bauplatte auf der Basis eines zumindest latenthydraulischen Bindemittels mit einem Gehalt von 0,3 bis 2 Gew.-% Kunststoffasern in Kombination mit 0,2 bis 5 Gew.-% eines Elastomers vor, wobei die Fasern und der Elastomer weitestgehend homogen in der Platte verteilt sind. Fasern und Elastomer, letzteres vorzugsweise in Form einer wäßrigen Suspension, werden dem Bindemittel bei der Herstellung zugemischt.To solve this problem, the invention proposes a fiber-reinforced Building board based on an at least latent hydraulic Binder with a content of 0.3 to 2% by weight of synthetic fibers in combination with 0.2 to 5% by weight one Elastomers before, the fibers and the elastomer are largely homogeneously distributed in the plate. Fibers and Elastomer, the latter preferably in the form of an aqueous suspension, are added to the binder in the preparation.

Allein die Zugabe der vorstehend genannten geringen Menge an Kunststoffasern in Kombination mit einem ebenfalls sehr geringen Anteil eines Elastomers führt überraschend zu einer faserbewehrten Bauplatte, die bezüglich ihrer Biegezugfestigkeit, Bruchenergie und Witterungsbeständigkeit vergleichbar ist mit bekannten Bauplatten, z. B. auf der Basis von Asbest- oder Zellulosefasern, die mit dem Hatchek-Verfahren hergestellt wurden und deren Fasergehalt wesentlich höher ist. So kann unter Verwendung eines üblichen Portlandzementes als Bindemittel und eines üblichen Sandes als Zuschlag eine Biegezugfestigkeit von über 15 MPa und eine Bruchenergie von 10 J/mm²×10⁻⁴ erreicht werden. Trotz der geringen Faser- und Elastomerenanteile bewirkt insbesondere der Elastomer eine Art "Elastizität" der Platte insgesamt und führt nicht nur zu der vorstehend genannten Erhöhung der Festigkeit und Bruchenergie, sondern auch zu einem deutlich verbesserten Widerstand gegenüber Bewitterung. So werden die durch Temperaturwechsel in der Platte auftretenden thermischen Spannungen ganz offensichtlich infolge einer erhöhten Elastizität des Materials weitgehend "absorbiert", mit der Folge einer deutlich verminderten Rißbildung.Only the addition of the aforementioned small amount Plastic fibers in combination with a likewise very small proportion of an elastomer surprisingly leads to a fiber-reinforced building board which, with regard to its bending tensile strength, Breaking energy and weather resistance comparable is with known building panels, z. B. on the base of asbestos or cellulose fibers using the hatchek process and their fiber content were essential is higher. Thus, using a standard Portland cement as a binder and a common sand as Supplement a bending tensile strength of over 15 MPa and a Breaking energy of 10 J / mm² × 10⁻⁴ can be achieved. Despite the Low fiber and Elastomerenanteile causes in particular the elastomer is a kind of "elasticity" of the plate as a whole and not only leads to the above increase in the Strength and fracture energy, but also to a clear improved resistance to weathering. So will the due to temperature changes in the plate occurring thermal Tensions quite obviously due to an increased Elasticity of the material largely "absorbed", with the Result of a significantly reduced cracking.

Dabei ist es angestrebt, sowohl die Fasern als auch den Elastomer möglichst homogen zu verteilen, um gleichmäßige physikalische Eigenschaften über den gesamten Querschnitt der Platte zu erhalten. Dies kann über eine entsprechende Verfahrenstechnik, zum Beispiel ein homogenes Mischen der Komponenten, leicht erreicht werden. It is desirable, both the fibers and the To distribute elastomer as homogeneously as possible to uniform physical properties over the entire cross section to get the plate. This can have an appropriate Process engineering, for example, a homogeneous mixing of Components, easily achieved.

Überraschend ist, daß sich ein entsprechender Mörtel zur Herstellung der Platte unter Zugabe einer entsprechenden Anmachwassermenge leicht verarbeiten und vergießen läßt. Die Platte kann also sehr einfach in einem Gießverfahren hergestellt werden. Die Anwendung des eingangs geschilderten Hatchek-Verfahrens und die Notwendigkeit größerer Fasergehalte entfällt dadurch.It is surprising that a suitable mortar for Preparation of the plate with the addition of a corresponding Easy to process and pour mixing water. The Plate can therefore be produced very easily in a casting process become. The application of the above described Hatchek process and the need for larger fiber contents deleted by it.

Versuche haben gezeigt, daß der Fasergehalt sogar auf 0,3 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, beschränkt werden kann. Auch der Elastomergehalt beträgt nach einer vorteilhaften Ausführungsform lediglich 0,2 bis 0,7 Gew.-%.Experiments have shown that the fiber content even on 0.3 to 1 wt .-%, based on the total mixture limited can be. The elastomer content is after one advantageous embodiment only 0.2 to 0.7 wt .-%.

Das Matrixmaterial besteht üblicherweise aus 25 bis 60 Gew.-% anorganischem, latenthydraulischem Bindemittel, der Rest sind Zusätze und Zuschläge. Als Zuschläge kommen vor allen Dingen silikatische Komponenten, insbesondere Quarzsand in Frage.The matrix material usually consists of 25 to 60% by weight. inorganic, latent hydraulic binder, the rest are additions and surcharges. As supplements come before all Things silicate components, especially quartz sand in Question.

Als Zusätze schlägt die Erfindung nach einer vorteilhaften Ausführungsform den Einsatz eines Verflüssigers und/oder Dichtungsmittels vor. Hierzu gehören beispielsweise Melaminharze und Naphthalensulfonate. Die Zugabemenge beträgt vorzugsweise zwischen 0,25 und 1,5 Gew.-%, jeweils wiederum bezogen auf die Gesamtmischung.As additives, the invention proposes an advantageous Embodiment the use of a condenser and / or Sealant before. These include, for example, melamine resins and naphthalene sulfonates. The addition amount is preferably between 0.25 and 1.5 wt .-%, each in turn based on the total mixture.

Als Kunststoffasern können grundsätzlich alle Sorten mit ausreichender Alkalibeständigkeit verwendet werden. Bevorzugt sind organische Hochmodulfasern, insbesondere Polyacrylnitrilfasern. As plastic fibers can basically all varieties with sufficient alkali resistance can be used. Preference is given to organic high-modulus fibers, in particular Polyacrylonitrile fibers.

Die Erfindung schlägt weiter die Verwendung von Fasern in einer Länge zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise 2 bis 8 mm, und einem Durchmesser von 5 bis 15 µm, vorzugsweise 8 bis 12 µm vor.The invention further suggests the use of fibers in a length between 1 and 10 mm, preferably 2 to 8 mm, and a diameter of 5 to 15 μm, preferably 8 to 12 μm before.

Von besonderer Bedeutung für die Eigenschaften der genannten faserbewehrten Bauplatte ist - wie dargestellt - die Zugabe eines Elastomers. Elastomere sind Polymere mit gummielastischem Verhalten, die bei Raumtemperatur reversibel dehnbar sind. Für den genannten Anwendungsbereich kommen verschiedenste alkalibeständige Elastomere in Frage, zum Beispiel Naturkautschuk (Naturlatex), Polybutadien, Styrolbutadienkautschuk oder dergleichen.Of particular importance for the properties of the mentioned fiber-reinforced building board is - as shown - the addition an elastomer. Elastomers are polymers with rubber elastic Behavior that is reversibly elastic at room temperature are. For the mentioned application range comes a variety alkali-resistant elastomers in question, for example Natural rubber (natural latex), polybutadiene, styrene-butadiene rubber or similar.

Neben der Verwendung eines üblichen Portlandzementes kann der Bindemittelanteil auch ganz oder teilweise durch andere hydraulische Bindemittel ersetzt werden, zum Beispiel Eisenportlandzement, Hochofenzement, Puzzolanzement oder dergleichen.In addition to the use of a standard Portland cement can the proportion of binder also wholly or partly by others hydraulic binders are replaced, for example Eisenportlandzement, Blast furnace cement, pozzolanic cement or the like.

Zur Herstellung der genannten faserbewehrten Bauplatte werden die Ausgangskomponenten (Bindemittel, Fasern, Elastomere, Zuschläge und gegebenenfalls Zusätze) unter Wasserzugabe homogen vermischt, zu einem fließ- oder spachtelfähigen Mörtel aufbereitet und in Formen gegossen. Der Mörtel verbleibt danach solange in der Form, bis die Platte durch hydraulische Abbindung eine ausreichende Standfestigkeit erreicht hat, bevor sie aus der Form zur abschließenden Aushärtung entnommen wird.For the production of said fiber-reinforced building board the starting components (binders, fibers, elastomers, Additions and, if appropriate, additives) with addition of water homogeneously mixed, to a flowable or spatula-capable Mortar processed and poured into molds. The mortar then remains in the mold until the plate passes through hydraulic setting sufficient stability has reached before going out of shape for final Curing is removed.

Die Mengenanteile der einzelnen Komponenten bewegen sich in dem vorstehend genannten Rahmen. Der Wasser/Feststoff-Wert wird in der Regel zwischen 0,35 und 0,45 eingestellt. The proportions of the individual components move in the aforementioned frame. The water / solids value is usually set between 0.35 and 0.45.

Um eine optimale homogene Verteilung insbesondere des Elastomers im Matrixmaterial zu erreichen und damit eine netzartige Verteilung im abgebundenen Produkt, wird der Elastomer vorzugsweise in Form einer wäßrigen Suspension zugegeben. Derartige elastomere Suspensionen (mit einem 50%igen Feststoffanteil) sind im Handel erhältlich.In order to achieve an optimal homogeneous distribution in particular of the Elastomers in the matrix material to achieve and thus a netlike distribution in the hardened product, becomes the Elastomer preferably in the form of an aqueous suspension added. Such elastomeric suspensions (with a 50% solids) are commercially available.

Das genannte Herstellungsverfahren ermöglicht es nicht nur - wie beim Hatchek-Verfahren - plattenförmige Körper mit glatter Oberfläche herzustellen. Vielmehr ist es auch möglich, Profilplatten herzustellen, zum Beispiel mit strukturierter Oberfläche.The mentioned manufacturing process does not only allow - as in Hatchek process - plate-shaped body with smooth surface. Rather, it is too possible to produce profile plates, for example with structured surface.

Auch die Herstellung besonders dünnwandiger Elemente (Plattenstärke zum Beispiel 5 bis 15 mm) ist mit der genannten Herstellungstechnologie ohne weiteres möglich. Auch der Anwendungsbereich der genannten Platte unterliegt praktisch keinen Beschränkungen. Die Platte kann sowohl außen (zum Beispiel zur Fassadenverkleidung) als auch innen (zum Beispiel für Zwischendecken) eingesetzt werden. Wegen des geringen Gehaltes an organischen Bestandteilen kann die Platte als nicht brennbar bewertet werden.Also the production of particularly thin-walled elements (Plate thickness, for example, 5 to 15 mm) is with the mentioned manufacturing technology readily possible. The scope of the said plate is subject practically no restrictions. The plate can both outside (for example to the facade cladding) as well as inside (for example, for false ceilings) are used. Because of the low content of organic constituents, the Plate to be rated as non-combustible.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die genannte Platte beziehungsweise ihr Herstellungsverfahren zwar auf konventionelle Techniken und bekannte Bindemittel zurückgreift, trotzdem aber deutlich verbesserte physikalische Eigenschaften aufweist, und dies bei relativ geringen Kosten und geringen Faser- und Elastomeranteilen, wobei insbesondere der Faseranteil deutlich niedriger liegt als bei bekannten Asbestprodukten.In summary, it follows that said plate or their manufacturing process, although conventional Techniques and known binders, but still significantly improved physical properties and at relatively low cost and low fiber and elastomer fractions, in particular the fiber content is significantly lower than in known Asbestos products.

Nachstehendes Beispiel gibt eine typische Zusammensetzung der Ausgangsmischung und die physikalischen Werte der daraus hergestellten Platte an. The following example gives a typical composition the starting mixture and the physical values of it produced plate.

Mischungskomponenten:Mixture components: PortlandzementPortland cement 40,0 Gew.-%40.0% by weight Quarzsand (<1,0 mm)Quartz sand (<1.0 mm) 56,2 Gew.-%56.2% by weight Fasern (Polyacrylnitrilfasern 2-4 mm Länge, 10 µm mittlerer Durchmesser)Fibers (polyacrylonitrile fibers 2-4 mm in length, 10 μm in average diameter) 0,7 Gew.-%0.7% by weight Elastomer (Dispersion Butadien-Styren mit 50 Gew.-% Feststoffanteil)Elastomer (dispersion butadiene-styrene with 50% by weight of solids) 2,5 Gew.-%2.5% by weight Verflüssiger (Melaminharz)Condenser (melamine resin) 0,6 Gew.-%0.6% by weight Wasser/Feststoff-Wert 0,40Water / solids value 0.40

Die im beschriebenen Gießverfahren hergestellte Platte mit einer Stärke von 10 mm weist folgende Eigenschaften auf:The plate produced in the described casting with a thickness of 10 mm has the following properties:

Biegezugfestigkeitflexural strength 15,0 MPa Gew.-%15.0 MPa% by weight Bruchenergiefracture energy 10,0 J/mm × 10⁻⁴10.0 J / mm × 10⁻⁴

Claims

1. Fiber-reinforced building board on the basis of at least one latent hydraulic binder as matrix material with a content of 0.3 to 2 wt .-% plastic fibers in Combination with 0.2 to 5 wt .-% of a Elastomers.

2. Building board according to claim 1 with a fiber content between 0.3 and 1.0 wt .-%.

3. Building board according to claim 1 or 2 with an elastomer content between 0.5 and 2.0 wt .-%.

4. Building board according to one of claims 1 to 3, wherein the Matrix material from 25 to 60 wt .-% of an inorganic Binder, rest additives and surcharges exists.

5. Building board according to claim 4, wherein the binder content 30 to 50 wt .-% is.

6. Building board according to one of claims 4 or 5, wherein the Supplement consists of a silicate component.

7. Building board according to claim 6, wherein the silicate Component consists of sand.

A structural panel according to claim 7, wherein the sand is a quartz sand is.

9. Building board according to one of claims 4 to 8 with a Content of an additive from a condenser.

10. Building board according to claim 9, wherein the addition of Melamine resin or naphthalene sulfonate.

11. Building board according to one of claims 4 to 10 with a Content of the additive between 0.25-2.5 wt .-%.

12. Building board according to one of claims 1 to 8, wherein the Plastic fibers are organic high modulus fibers.

13. Building board according to one of claims 1 to 12, wherein the Plastic fibers consist of polyacrylonitrile fibers.

14. Building board according to one of claims 1 to 13, wherein the Fibers have a length between 1 and 10 mm and a diameter between 5 and 15 microns have.

15. Building board according to claim 14, wherein the fibers have a Length between 2 and 4 mm and a diameter between 8 and 12 microns have.

16. Building board according to one of claims 1 to 15, wherein the Elastomer consists of natural latex.

17. Building board according to one of claims 1 to 15, wherein the Elastomer of a polystyrene-butadiene copolymer consists.

18. Building board according to one of claims 1 to 17, wherein the Binder is a Portland cement.

19. Method for producing a fiber-reinforced building board according to one of claims 1 to 18, characterized that 25 to 60 wt .-% at least latenthydraulisches Binder, 0.3 to 2.0% by weight of synthetic fibers, 0.2 to 5 wt .-% of an elastomer in the form of a aqueous suspension, balance additions, and optionally Additives mixed homogeneously with addition of water, to a flowable mortar prepared and poured into a mold and the mortar remains in the mold for as long as until the plate by hydraulic setting has reached a sufficient stability before they are removed from the mold for final curing becomes.

20. The method according to claim 19 with the proviso that the Water / solids value adjusted between 0.35 and 0.45 becomes.

21. The method according to claim 19 or 20 with the proviso that a 50% aqueous elastomer suspension is used.