DE60106580T2

DE60106580T2 - Mehrbereichs-zementverbundstoff mit positiver kaltverarbeitung und duktil bei einachsigem zug

Info

Publication number: DE60106580T2
Application number: DE60106580T
Authority: DE
Inventors: Pierre Rossi
Original assignee: Laboratoire Central des Ponts et Chaussees
Current assignee: Laboratoire Central des Ponts et Chaussees
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2021-03-10
Also published as: NO20024389L; US6860935B2; US20030041781A1; ATE280141T1; CA2403104A1; AU2001239369B2; ES2233614T3; EP1263688B1; DE60106580D1; AU2001239369B8; EP1263688A1; NO20024389D0; FR2806403A1; FR2806403B1; WO2001068548A1; AU3936901A; JP2003527289A

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der Hochleistungs-Faser-Betone, durch die insbesondere Strukturelemente des Ingenieurbaus für Gebäude und Kunstwerke geschaffen werden können und die bessere Eigenschaften haben als diejenigen der Elemente des Standes der Technik.
Sie betrifft genauer einen Zement-Faser-Verbundstoff, dessen Zementmatrix eine Druckfestigkeit aufweist, die größer als 150 MPa ist und eine einachsige Zugfestigkeit aufweist, die größer oder gleich 6 MPa ist; wobei diese Matrix ein Verhältnis Wasser/Binder aufweist, das kleiner oder gleich 0,25 ist und aus einer Mischung von Zement, körnchenförmigen Elementen, feinen Elementen mit Puzzolanreaktion, deren Teilchen Abmessungen zwischen 0,1 μm und 1 μm (beide Werte eingeschlossen) aufweisen, und einem Verflüssigungsmittel gebildet ist, wobei dieser Verbundstoff eine Verstärkung aufweist, die aus metallischen Fasern gebildet ist, die in die Zementmatrix eingelagert sind.
Unter Zementmatrix versteht man die gehärtete Zementzusammensetzung, ausgenommen metallische Fasern.
Das Zufügen von metallischen Fasern in Zementmatrizen ermöglicht die Verbesserung der Dehnbarkeit der Betone. Diese Technik wurde vor mehreren Jahren entwickelt. Unter anderem sind zu nennen:

– die unter der Bezeichnung CRC (Compact Reinforced Composites) vertriebenen Betone, die zwischen 5 und 10 % Volumen an metallischen Fasern mit einer Länge von 6 mm und einem Durchmesser von gleich 0,15 mm enthalten;
– die unter der Bezeichnung BPR (Beton de Poudres reactive) oder RPC (Reactive Powder Concrete) vertriebenen Betone, die maximal 2,5 % Volumen an metallischen Fasern mit einer Länge von 13 mm und einem Durchmesser von 0,16 mm enthalten; und
– die als CCM (Composites Cimentaires Multiéchelles) bezeichneten und von der Anmelderin entwickelten Betone, die Mischungen von kurzen und langen metallischen Fasern enthalten; die kurzen metallischen Fasern haben eine Länge von 5 mm und einen Durchmesser von 0,25 mm, die langen metallischen Fasern haben eine Länge von 25 mm und einen Durchmesser von 0,3 mm; der Prozentsatz von in die Matrix eingearbeiteten Fasern beträgt 5 % Volumen von kurzen Fasern und 2 % Volumen von langen Fasern, was insgesamt 7 % Volumen an Fasern entspricht.

Die Wahl eines höheren Prozentsatzes an Fasern (zwischen 5 und 10 %) in den CRC kann nur zu einem Ansteigen der mechanischen Zugmerkmale des Materials führen, was die Festigkeit und Dehnbarkeit betrifft, kann aber nicht in signifikanter Weise auf die Tragekapazität und die Dehnbarkeit einer Struktur wirken, mit Ausnahme der sehr dünnen Elemente der Struktur. Folglich wird für die dickeren Strukturelemente, der Art Träger oder Platte, der CRC mit einem sehr hohen Prozentsatz klassischer Armierungen von armiertem Beton verwendet. In der Tat vergrößert der höhere Prozentanteil an kurzen Fasern mehr die Zugfestigkeit des Materials als seine Dehnbarkeit. Außerdem ist es notwendig, um eine dehnbare Struktur mit dieser Art von Beton zu konstruieren, einen hohen Prozentanteil an Armierungen zu verwenden. Aber man macht eine Struktur zerbrechlich, wenn man eine Schwelle im Armierungsprozentsatz überschreitet, einerseits weil man dann sehr hohe Belastungskonzentrationen an der Oberfläche der Strukturen schafft, die so zu zahlreichen Rissen führen, und andererseits, weil ein negativer Gruppeneffekt zwischen den Armierungen existiert, die einzeln viel weniger gut funktionieren. Daraus ergibt sich eine große Rissbildung um die Armierungen. Die kurzen Fasern ermöglichen es gleichzeitig, dass man der Oberflächenrisse und Risse um die Armierungen Herr wird. Die Verbindung von zwei Verstärkungen, Armierung und kurze Fasern, in zwei verschiedenen Bereichen ist somit hervorragend. Aber der CRC weist trotzdem einige Nachteile auf. Es handelt sich insbesondere um eine sehr wichtige technische Lösung, sowohl was die Materialkosten als auch was die Arbeitskosten betrifft.
Die bei den BPR verwendeten metallischen Fasern sind zwei Mal länger als die bei den CRC verwendeten, während der Durchmesser derselbe ist. Diese Wahl führt zur Verwendung von Fasern mit einer großen spezifischen Oberfläche und hat zwei Konsequenzen:
Die erste Konsequenz besteht darin, dass bei gleicher Handhabbarkeit des Materials vor dem Abbinden man nur kaum 2,5 % Fasern im Volumen in die BPR einfügen kann, während man bei den CRC zwischen 5 und 10 % kurze Fasern im Volumen einführt. Dieser relativ geringe Prozentsatz an Fasern führt zu zwei negativen Aspekten des mechanischen Verhaltens der BPR. Zunächst verbessern die Fasern nicht die einachsige Zugfestigkeit der Matrix, die etwa 8 MPa erreicht. Dann, da in einer so zerbrechlichen Matrix der Prozentsatz von Fasern nicht ausreichend hoch ist, bemerkt man eine sehr hohe Streuung bezüglich des Verhaltens nach der Rissbildung des Materials.
Die zeigt, dass beim Einfügen nur einer Abmessung von metallischen Fasern in eine hochfeste Matrix, man nicht wirksam in beiden Bereichen, demjenigen des Materials und demjenigen der Struktur, intervenieren kann.
Die zweite Konsequenz besteht darin, dass die Haftung zwischen der Faser und der Matrix wesentlich besser ist im Falle der BPR als bei den CRC, selbst wenn die Matrizen der BPR und der CRC ähnlich sind. Die Fasern können dann auf die am weitesten offenen Risse wirken und man erhält ein besseres Verhalten der Struktur, was die Tragfähigkeit und die Dehnbarkeit betrifft. Mit den BPR kann man Anteile von klassischen Armierungen verwenden, die kleiner sind als die bei den CRC verwendeten, um dehnbare Strukturen zu erhalten.
Bei den CCM sind die Fasern aus einer Mischung von kurzen Fasern und längeren Fasern gebildet, wodurch gleichzeitig im Bereich des Materials durch die Erhöhung der Zugfestigkeit, und im Bereich der Struktur bei der Tragfähigkeit und der Dehnbarkeit eingegriffen werden kann. Dadurch kann man ohne Probleme, d.h. einfach zu handhaben, einen höheren Prozentgesamtanteil an Fasern einführen, der mehr als 7 % im Volumen erreichen kann. Das Verhalten hinsichtlich einachsigem Zuges weist damit eine positive Kaltverfestigung auf und kann ohne Probleme 15 MPa erreichen. Weitere Informationen über das Verhalten der CCM sind im „Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées – 204 – Juli-August 1998 – REF. 4025 – Seiten 87–95" gegeben.
FR-A-2 771 406 betrifft einen Beton, der eine Zementmatrix aufweist, die genauso kompakt ist wie diejenige des BPR und Wollastonit-Mikrofasern und metallische Fasern enthält, die vorzugsweise eine Länge von 13 mm und einen Durchmesser von 0,16 mm aufweisen. Diese zylindrischen Fasern aus gezogenem Stahl weisen somit eine große spezifische Oberfläche auf.
Dieses geometrische Merkmal der metallischen Fasern hat eine doppelte Konsequenz:

– diese Fasern weisen eine sehr hohe Haftung an der Matrix auf, wodurch sie wirksam auf die Risse, mit Öffnungen im Bereich von etwa zehn Mikron bis zu etwa Hundert Mikron, wirken können. Sie geben dem Zement-Verbundstoff nach der Rissbildung der Matrix, die ohne Fasern sehr zerbrechlich wäre, eine größere Dehnbarkeit.
– Sie induzieren sehr hohe Reibungen untereinander und der Matrix in frischem Zustand, was zu Schwierigkeiten beim Einsatz des Zement-Verbundstoffes führt, wenn der Volumenprozentanteil ein Limit, das man auf 3 % festlegen kann, übersteigt.

Die Wollastonit-Fasern sind natürliche Fasern der nadelförmigen Art, die eine Länge von 300 μm und einen mittleren Durchmesser von 20 μm aufweisen, oder Fasern, die aus einer Mahlung stammen, deren mittlere Länge 8 μm beträgt. Der Volumenprozentanteil an in die Matrix zugefügten natürlichen Fasern kann 35 % erreichen.
Die geometrischen Eigenschaften sowie der Volumenprozentanteil an in die Matrix eingeführten, natürlichen Fasern, gemäß der Lehre der FR-A-2 771 406, haben eine offensichtliche mechanische Konsequenz. In der Tat wirken diese Fasern sehr effizient auf die zahlreichen Mikrorisse der Zementmasse, d.h. auf die Risse mit Öffnungen unter dem Mikronbereich. Dieses Wirken führt zu einer Erhöhung von etwa 25 % der Zugfestigkeit der Matrix.
Trotz dieser Intervention der Verstärkung in zwei Bereichen beim Prozess der Rissbildung der Matrix, bleibt die Zugfestigkeit des Betons gemäß FR-A-2 771 406 in bescheidenem Umfang und übersteigt 15 MPa nicht. Dies ist die Folge einer nicht optimierten Wahl der Abmessungen der in die Matrix eingefügten Fasern, und dies im Hinblick auf den Prozess der Rissbildung bei Zugbeanspruchung von dieser.
In der Tat lässt sich der Prozess der Rissbildung schematisch in drei Stufen aufteilen:
Während der Stufe 1 tritt eine sehr große Anzahl von Mikrorissen zufallsbedingt im Gesamtvolumen des einer Zugbelastung unterworfenen Materials auf; diese Mikrorisse haben Öffnungen, die das Mikron nicht übersteigen.
Während der Stufe 2 des Rissbildungsprozesses breiten sich einige im Laufe der Stufe 1 geschaffene Mikrorisse aus, während die anderen sich wieder schließen; diese neuen Risse erreichen Öffnungen, die 10 μm nicht übersteigen.
Unter den Rissen, die sich während der Stufe 2 ausgebreitet haben, breiten sich einige während der Stufe 3 noch weiter aus, um Makrorisse zu bilden, die Öffnungen größer als 10 μm aufweisen, die sich instabil verteilen, um zu einem Bruch des Betons zu führen. Es handelt sich dann um sog. strukturelle Risse, deren Öffnung im Moment des Bruches von den Abmessungen des Volumens des Betons abhängt, das dem Zug unterworfen wurde und somit mehrere Millimeter erreichen kann.
Wenn die in die Zementmatrix eingefügten Fasern wirksam gegenüber Rissen sind, die im Laufe der Stufe 2 der Rissbildung aufgetreten sind, hat der Verbundstoff ein positives Kaltverfestigungsverhalten hinsichtlich einachsigem Zug, d.h. dass die Fasern eine Zugbelastung nach der Rissbildung der Matrix aufnehmen können, die größer ist als derjenige, die die Rissbildung der Matrix verursacht hat.
Im Falle des Betons gemäß FR-A-2 771 406 können die gewählten Verstärkungen nur ausreichend während der Phasen 1 und 3 des Rissbildungsprozesses bei Zug der Matrix intervenieren. Die natürlichen Fasern intervenieren hauptsächlich und wirkungsvoll bei der Stufe 1, und die metallischen Fasern in der Stufe 3. Nun müssen hauptsächlich während der Stufe 2 die Verstärkungen gegenüber der Zugfestigkeit wirksam intervenieren. Denn in der Tat bilden sich während der Stufe 2 die Risse, die sich instabil ausbreiten können.
Diese Aktion des Nähens (couture) der Risse, die während der Stufe 2 des Rissbildungsprozesses erzeugt wurden, hätte wirksam durch metallische Fasern erledigt werden können, wenn sie in größerer Anzahl hinsichtlich der Anzahl der geschaffenen Risse vorhanden gewesen wären.
So führt die Wahl einer Faser mit einem kleinen Durchmesser, um auf die während der Stufe 2 auftretenden, zahlreichen Risse zu reagieren, und mit einer Länge, die ausreicht, um auf die während der Stufe 3 produzierten Makrorisse zu reagieren, dazu, dass nur ein begrenztes Volumen in die Matrix eingeführt werden kann, aufgrund ihrer großen spezifischen Fläche, von der die unzureichende Wirksamkeit gegenüber während der Stufe 2 erzeugten Rissen herrührt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Zement-Faser-Verbundstoff, wie in der Einleitung erwähnt, zu offenbaren, der eine wesentlich verbesserte einachsige Zugfestigkeit aufweist.
Das Ziel wird erfindungsgemäß durch die Tatsache erreicht, dass die Verstärkung aus wenigstens drei Arten von Fasern gebildet ist:

a) langen Fasern aus gezogenem Stahl mit einer Zug-Bruchfestigkeit größer als 1500 MPa, einer Länge zwischen 15 und 25 mm, beide Werte eingeschlossen, und einem Durchmesser zwischen 0,25 und 0,30 mm, beide Werte eingeschlossen, in einem Volumenanteil zwischen 0,5 und 3 %, beide Werte eingeschlossen;
b) mittleren Fasern aus gezogenem Stahl mit einer Zug-Bruchfestigkeit größer als 1500 MPa, einer Länge zwischen 5 und 10 mm, beide Werte eingeschlossen, und einem Durchmesser zwischen 0,15 und 0,2 mm, beide Werte eingeschlossen, in einem Volumenanteil zwischen 4 und 7 %, beide Werte eingeschlossen;
c) feinen und kurzen metallischen Fasern mit einer Länge kleiner als 3 mm, in einem Volumenanteil zwischen 1,5 % und 5 %, beide Werte eingeschlossen. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante treten die kurzen Fasern in Form feiner Stahlwolle auf, die aus dem fortgesetzten Hobeln eines Drahts und dem Passieren eines Mahlwerks hervorgeht, um ein aus feinen Spänen bestehendes Pulver zu erhalten, deren Zug-Bruchfestigkeit größer als 800 MPa ist.

Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante sind die kurzen Fasern zylindrische Fasern aus Stahl mit einer Zug-Bruchfestigkeit größer als 2500 MPa, wobei diese Fasern eine Länge von im Wesentlichen gleich 2 mm und einen Durchmesser von im Wesentlichen gleich 0,1 mm aufweisen.
So entspricht bei dem offenbarten Verbundstoff jede Art von Faser einer Stufe des Rissbildungsprozesses.
Die kurzen Fasern wirken auf die Risse, die sich auf die Stufe 1 der Rissbildung beziehen. Da die Anzahl von während der Stufe 1 erzeugten Rissen sehr groß ist, muss die Anzahl an kurzen Fasern groß sein. Die Wirkung dieser kurzen metallischen Fasern hat zwei Konsequenzen:

– sie verzögern die Ausbreitung der Risse der Stufe 1 und somit die Bildung von Rissen der Stufe 2, deren Ausbreitung die Zugfestigkeit der Matrix regiert. Dadurch erlauben sie die Vergrößerung der Zugfestigkeit des Zement-Verbundstoffes, aber nicht in dem Umfang wie die durch die mittleren Fasern erhaltene Verbesserung;
– sie steigern die mechanische Homogenität des Zement-Verbundstoffes, durch Verringerung der Streuung bezüglich der Zugfestigkeit.

Die mittleren Fasern, die eine Länge zwischen 5 und 10 mm (beide Werte eingeschlossen) und einen Durchmesser zwischen 0,15 und 0,2 mm (beide Werte eingeschlossen) aufweisen, befinden sich in sehr großer Anzahl in dem vorgesehenen Zement-Verbundstoff aufgrund des Volumenanteils zwischen 4 und 7 % (beide Werte eingeschlossen).
Diese Fasern wirken effizient auf die während der Stufe 2 der Rissbildung erzeugten Risse.
Die langen Fasern mit größerem Durchmesser sind dazu bestimmt, auf die während der Stufe 3 der Rissbildung erzeugten Risse zu wirken.
Der offenbarte Faser-Verbundstoff hat eine Zugfestigkeit von größer oder gleich 30 MPa und verleiht den Strukturen, in denen er verwendet wird, ein Dehnverhalten.
Er ist vorzugsweise selbstplatzierend, d.h. dass er ohne jede Vibration platziert werden kann.
Das Einfügen in die Matrix von drei verschiedenen Abmessungen von metallischen Fasern bildet eine optimierte Annäherung hinsichtlich der drei Stufen der Rissbildung bei Zug des Verbundstoffes. Es ist jedoch möglich, eine vierte und sogar eine fünfte Abmessung von Fasern einzufügen, deren Abmessungen, ausgedrückt im Verhältnis Länge/Durchmesser, nicht optimal sind bezüglich der den Stufen 2 und 3 der Rissbildung entsprechenden Risse. Im Gegensatz, man kann diese Fasern einführen, die individuell weniger wirksam sind, um auf diese beiden Arten von Rissen zu wirken, bei einer Gesamt-Volumendosierung, die größer ist als diejenige, die möglich ist, wenn man die drei Abmessungen von Fasern verwendet.
Diese Wahl hat eine doppelte Konsequenz:

– die geringe individuelle mechanische Wirksamkeit der Fasern kann kompensiert werden, gegenüber dem Zugverhalten, durch ihre größere Anzahl;
– die größere Anzahl von Fasern führt im Allgemeinen zu einer besseren mechanischen Homogenität hinsichtlich Zug, aufgrund der geringen Streuung, solange die Matrix nicht mit Fasern gesättigt ist. Dieser letzte Aspekt kann sehr wichtig sein, da man, bei der Dimensionierung der Strukturen aus Hochleistungs-Faser-Beton, einen für den Zug des Betons charakteristischen Wert, berücksichtigt und nicht einen Mittelwert.

Um das oben Ausgeführte zu vereinfachen, kann man vorbringen, dass, um zu einem sehr festen Zement-Verbundstoff zu gelangen, der zu einem Dehnverhalten der Strukturen oder Strukturelemente, in denen er verwendet wird, führt, es unerlässlich ist, einerseits, dass eine große Anzahl von Fasern wirksam auf die bei der Stufe 2 des Rissbildungsprozesses geschaffenen Risse wirkt, und dass, andererseits, Fasern wirksam auf die bei der Stufe 3 geschaffenen Risse wirken.
In dem Falle, in dem es sich um eine dünne Struktur aus Zement-Faser-Verbundstoff handelt, die dieselbe Zement-Matrix aufweist, wie die in der Einleitung beschriebene, kann man eine Faser auswählen mit Abmessungen, die für die beiden Stufen 2 und 3 der Rissbildung geeignet sind, unter der Bedingung, dass im Moment des Bruches des Betons die Öffnung des strukturellen Risses bezüglich der Stufe 3 der Rissbildung nicht um mehrere Größenordnungen größer ist als die bezüglich der Stufe 2 der Rissbildung.
Andererseits im Falle einer dünnen Struktur, die beim Biegen bricht, hängt die Öffnung des Risses, der der Stufe 3 der Rissbildung entspricht, direkt von der Dicke dieser Struktur ab.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine dünne Struktur aus Zement-Faser-Verbundstoff, dessen Zementmatrix eine Druckfestigkeit aufweist, die größer als 150 MPa ist, und eine einachsige Zugfestigkeit aufweist, die größer oder gleich 6 MPa ist; wobei diese Matrix ein Verhältnis Wasser/Binder aufweist, das kleiner oder gleich 0,25 ist und aus einer Mischung von Zement, körnchenförmigen Elementen, feinen Elementen mit Puzzolanreaktion, deren Teilchen Abmessungen zwischen 0,1 μm und 1 μm, beide Werte eingeschlossen, aufweisen, und einem Verflüssigungsmittel gebildet ist, wobei dieser Verbundstoff eine Verstärkung aufweist, die aus metallischen Fasern gebildet ist, die in die Zementmatrix eingelagert sind.
Diese dünne Struktur ist gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Verstärkung aus einer einzigen Art von metallischen Fasern gebildet ist, die eine Länge zwischen 5 und 10 mm, beide Werte eingeschlossen, und einen Durchmesser zwischen 0,15 und 0,2 mm, beide Werte eingeschlossen, aufweisen, und durch die Tatsache, dass die Dicke dieser Struktur kleiner ist als die doppelte Länge der Faser in einem Volumenanteil zwischen 6 und 15 %, beide Werte eingeschlossen.
Die Tatsache einer Begrenzung der Verwendung von einfasrigen Zement-Verbundstoffen auf dünne Strukturen, in denen die kleinste Abmessung die doppelte Länge der Faser nicht übersteigt, hat eine wichtige Konsequenz hinsichtlich der mechanischen Wirksamkeit der faserförmigen Verstärkung. Denn die Fasern sind dann vorzugsweise senkrecht zur kleinsten Abmessung der Struktur ausgerichtet und haben somit eine optimierte mechanische Wirkung gegenüber den Rissen, die sich durch die Funktionsweise dieser Strukturen vorzugsweise senkrecht zu dieser kleinen Abmessung, ausbreiten.
Der verwendete Zement ist vorteilhafterweise ein Portland-Zement, wie die Portland-Zemente CPA PMES, HP, HPR, CEM 1 PMES, 52,5 oder 52,5R oder HTS (Haute teneur en silice – hoher Gehalt an Kieselerde).
Die körnchenförmigen Elemente in der Zement-Matrix sind Körner, deren maximale Größe vorzugsweise kleiner als 0,4 Mai die Länge der kleinsten, die Verstärkung bildenden Faser ist.
Die feinen Elemente mit Puzzolanreaktion sind ausgewählt unter den Kieselerde-Verbindungen, insbesondere den Kieselerderauchen, den Flugaschen, den Hochofenschlacken, den Tonderivaten, wie Kaolin. Die Kieselerde kann ein aus der Zirkonium-Industrie stammender Kieselerderauch sein, dies bevorzugt gegenüber einem aus der Silizium-Industrie stammenden Kieseferderauch.
Das Verflüssigungsmittel kann ausgewählt sein aus:
den Lignosulfonaten, dem Kasein, den Polynaphtalenen, insbesondere den Polynaphtalensulfonaten von Alkalimetallen, den Formaldehyd-Derivaten, den Polyacrylaten von Alkali-Metallen, den Polycarboxylaten von Alkali-Metallen und den Pfropfpolyoxyden von Ethylen.
Andere Zusatzstoffe können der Zusammensetzung der Matrix zugefügt werden.
Im Folgenden sind 3 Beispiele von Superleistungs-Faser-Beton (BFUP, béton fibré ultraperformant) dargestellt, dessen Konzeption auf dem oben erwähnten basiert.
Die jeweilige Zusammensetzung dieser 3 BFUP wird nachfolgend angegeben.
Zusammensetzungen in kg/m³
Die Fasern 1, 2 und 3 sind gezogene Fasern aus Stahl mit einer Zugfestigkeit größer als 1500 MPa. Die jeweiligen Abmessungen jeder Faser sind die folgenden:

– Faser 1: Länge 5 mm; Durchmesser 0,15 mm
– Faser 2: Länge 10 mm; Durchmesser 0,2 mm
– Faser 3: Länge 25 mm; Durchmesser 0,3 mm, ausgestattet mit Haken an ihren Enden.

Die Faser 4 besteht aus feiner Stahlwolle mit einer Zugfestigkeit größer als 800 MPa. Sie wird durch fortgesetztes Hobeln eines Drahts erhalten. Anschließend passiert sie Mahlwerke, um ein Pulver zu erhalten, das aus feinen Spänen besteht, deren maximale Länge 2 bis 3 mm nicht übersteigt.
Anmerkung: Bei dem BFUP 3 ist die Faser 4 so ausgewählt, dass sie auf Stufe 1 der Rissbildung wirkt, die Faser 1 auf die Stufe 2 der Rissbildung und die Faser 3 auf die Stufe 3 der Rissbildung.
Die oben erläuterten 3 BFUP werden thermisch behandelt: 72 Stunden nach ihrer Herstellung werden sie bei 90°C unter atmosphärischem Druck während 48 Stunden ofengetrocknet.
Die 3 BFUP haben ein Young-Modul größer als 45 GPa und eine Druckfestigkeit größer als 150 MPa.
Ihre Festigkeiten hinsichtlich Zug durch Biegen, wie oben erwähnt, wurden erhalten ausgehend von 3-Punkte-Biegeversuchen an prismatischen Prüflingen 4 × 4 × 16 cm.
Der jeweilige Mittelwert des Zuges durch Biegen jeweils der 3 BFUP ist wie folgt:

BFUP 1 : > 40 MPa
BFUP 2 : > 45 MPa
BFUP 3 : > 70 MPa

Für den BFUP 2 wurden 4-Punkte-Biegeversuche an Platten mit 40 cm Länge, 10 cm Breite und 2 cm Dicke (d.h. 2 Mal die Länge der Faser des BFUP 2) durchgeführt.
Der bei diesen Versuchen erhaltene Mittelwert hinsichtlich Zug durch Biegen ist größer als 75 MPa (anstelle von 45 MPa für einen Prüfling mit 4 cm Dicke, somit 4 Mal die Länge der Faser).
Es lässt sich somit feststellen, dass diese Resultate die Tatsache bestätigen, dass im Falle eines einfasrigen BFUP es unerlässlich ist, diesen in dünnen Strukturen zu verwenden, deren Dicke 2 Mal die Länge der Faser nicht übersteigt.

Claims

Zement-Faser-Verbundstoff, dessen Zementmatrix eine Druckfestigkeit aufweist, die größer als 150 MPa ist, und eine einachsige Zugfestigkeit, die größer oder gleich 6 MPa ist; wobei diese Matrix ein Verhältnis Wasser/Binder aufweist, das kleiner oder gleich 0,25 ist, und aus einer Mischung von Zement, körnchenförmigen Elementen, feinen Elementen mit Puzzolanreaktion, deren Teilchen Abmessungen zwischen 0,1 μm und 1 μm, beide Werte eingeschlossen, aufweisen, und einem Verflüssigungsmittel gebildet ist, wobei dieser Verbundstoff eine Verstärkung aufweist, die aus metallischen Fasern gebildet ist, die in die Zementmatrix eingelagert sind, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Verstärkung aus wenigstens drei Arten von Fasern gebildet ist: a) langen Fasern aus gezogenem Stahl mit einer Zug-Bruchfestigkeit größer als 1500 MPa, einer Länge zwischen 15 und 25 mm, beide Werte eingeschlossen, und einem Durchmesser zwischen 0,25 und 0,30 mm, beide Werte eingeschlossen, in einem Volumenanteil zwischen 0,5 und 3 %, beide Werte eingeschlossen; b) mittleren Fasern aus gezogenem Stahl mit einer Zug-Bruchfestigkeit größer als 1500 MPa, einer Länge zwischen 5 und 10 mm, beide Werte eingeschlossen, und einem Durchmesser zwischen 0,15 und 0,2 mm, beide Werte eingeschlossen, in einem Volumenanteil zwischen 4 und 7 %, beide Werte eingeschlossen; c) feinen und kurzen metallischen Fasern mit einer Länge kleiner als 3 mm, in einem Volumenanteil zwischen 1,5 % und 5 %, beide Werte eingeschlossen.
Verbundstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die kurzen Fasern in Form feiner Stahlwolle auftreten, die aus dem fortgesetzten Hobeln eines Drahts und dem Passieren eines Mahlwerks hervorgeht, um ein aus feinen Spänen bestehendes Pulver zu erhalten, deren Zug-Bruchfestigkeit größer als 800 MPa ist.
Verbundstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die kurzen Fasern zylindrische Fasern aus Stahl mit einer Zug-Bruchfestigkeit größer als 2500 MPa sind, wobei die Fasern eine Länge von im Wesentlichen gleich 2 mm und einen Durchmesser von im Wesentlichen gleich 0,1 mm aufweisen.
Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass er eine einachsige Zug-Bruchfestigkeit von größer oder gleich 30 MPa aufweist.
Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass er selbstplatzierend ist.
Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass er einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur von im Wesentlichen gleich 90°C unterzogen wurde.
Dünne Struktur aus Zement-Faser-Verbundstoff, dessen Zementmatrix eine Druckfestigkeit aufweist, die größer als 150 MPa ist, und eine einachsige Zugfestigkeit, die größer oder gleich 6 MPa ist; wobei diese Matrix ein Verhältnis Wasser/Binder aufweist, das kleiner oder gleich 0,25 ist, und aus einer Mischung von Zement, körnchenförmigen Elementen, feinen Elementen mit Puzzolanreaktion, deren Teilchen Abmessungen zwischen 0,1 μm und 1 μm, beide Werte eingeschlossen, aufweisen, und einem Verflüssigungmittel gebildet ist, wobei dieser Verbundstoff eine Verstärkung aufweist, die aus metallischen Fasern gebildet ist, die in die Zementmatrix eingelagert sind, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Verstärkung aus einer einzigen Art von metallischen Fasern gebildet ist, die eine Länge zwischen 5 und 10 mm, beide Werte eingeschlossen, und einen Durchmesser zwischen 0,15 und 0,2 mm, beide Werte eingeschlossen, aufweisen, und die Dicke dieser Struktur geringer ist als die doppelte Länge der Faser in einem Volumenanteil zwischen 6 und 15 %, beide Werte eingeschlossen.