SE451325B - Sett att framstella armeringsfibrer samt med sadana fibrer armerat byggelement - Google Patents

Description

40 451 325 2 upphört att arbeta med obehandlade, dvs råa naturfibrer, ty dessa medför brandrisk, ruttnar lätt och deras höga vattenupptagningsförmåga har icke kunnat undanröjas.

Beträffande asbestfibrernas nackdelar kan tilläggas, att asbest på grund av sin struktur har benä- genhet att bilda knippen och pasma. Härigenom omöjliggö- , res framställning av homogen asbestbetong. Ca 15 % av asbestandelarna föreligger i form av knippen och kört- lar i blandningen. Sålunda kan man exempelvis icke för- hindra att asbesten frilägges och bortföres med vinden, när betongen vittrar.

Slutligen kan nämnas, att vid ekonomiska kalkyler asbestens pris icke får förbises. Asbest mås- te importeras, vilket bidrar till stegring av produk- tionskostnaderna.

Enligt förevarande uppfinning framställes en för sådana mineraliska byggnadsmaterial som användes för framställning av exempelvis rör, plattor och andra profilerade formdelar lämplig armeringsfiber, som kan ersätta asbestfibrer, som icke medför asbestfibrernas hälsorisker men som har asbestfibrernas fördelaktiga fysikaliska egenskaper. Dessutom avses enligt uppfin- ningen ett fiberarmerat byggelement utan asbestfibrer.

Förfarandet enligt förevarande uppfinning definieras i det efterföljande kravet 1.

Vid förfarandet enligt föreliggande uppfin- ning utnyttjas följaktligen bestândsdelarnas i vatten- glas, nämligen kalk och kiselsyra, reaktionsbenägenhet att mineralisera växtfibrer med kapillärer. Härigenom får växtfibrerna alla de fördelaktiga fysikaliska egen- skaperna som kännetecknar asbestfibrer med avseende på bearbetbarhet och resistens gentemot industrigaser, svampinfektion, insektsinverkan och röta liksom även asbestens brandbeständighet. Dessutom kan sådana fibrer användas vid sådana kända förfaranden som rundsiktning, långsiktning, pulverspridning, sprutning och gjutning.

I motsats till asbestfibrer har de över huvudtaget inga P hälsovådliga egenskaper. Dessutom kan nämnas, att ar- meringsfibrerna enligt förevarande uppfinning uppvisar samma böjstyvhet och skjuvningshållfasthet som vatten- 40 3 451 325 glas och samma draghållfasthet som växtfibrer. En yt- terligare fördel är att râfibrerna är en inhemsk lant- bruksprodukt som icke endast är lättare än asbest och följaktligen billigare att transportera utan dessutom icke kräver några importkostnader.

Försök har visat att byggelement av mine- raliska byggnadsmaterial armerade med mineraliserade växtfibrer har 30 % bättre böjhâllfasthet vinkelrätt och parallellt till fiberriktningen än motsvarande byggelement med asbestfiberarmering. Armeringsfibrerna enligt uppfinningen kan användas i godtycklig längd.

Härigenom uppnås en stor infästningslängd. Dessutom kan nämnas, att fibrerna enligt förevarande uppfinning icke har någon benägenhat att bilda knippen och pasma.

Dragbrotthållfastheten uppgår till minst den dubbla vid jämförelse med asbest.

Försök har dessutom visat att den utsvett- ning som ofta förekommer hos element av asbestcement icke uppträder hos byggelement armerade med fibern en- ligt uppfinningen. Följaktligen kan också avslagning av färg- och dekorationsbeläggning undvikas. Slutligen kan påpekas, att armeringsfibern enligt uppfinningen är prisbilligare än asbest när man räknar på volymbas.

Som växtfibrer föredrages bastfibrer. Spe- ciellt fördelaktiga har linfibrer visat sig vara. Dessa ger tillsammans med bindemedel, i synnerhet hydrauliska bindemedel, såsom cement eller gips och även tillsammans med plast byggmaterial som har asbestcementprodukternas alla fördelar men icke någon av deras nackdelar.

Förutom linfibrer kan man använda andra växtfibrer, såsom jute, hampa, kokosfibrer, sisal, ka- pock, ramiefibrer eller manilahampa. Användning av des- sa fibrer beror på slutproduktens kvalitet och funktion.

Vid framställning av armeringsfibrerna är det för det första väsentligt att kapillärerna i de råa växtfibrerna genom lämplig bearbetning göres tillgäng- liga för den efterföljande mineraliseringen. Torkningen som ansluter sig till denna förberedning bör leda till att fibrernas restfuktighet om möjligt bringas till noll, detta för att minska den efterföljande impregneringstiden 40 451 325 4 till ett minimum. Dessutom åstadkommas härigenom mer hålighet för upptagning av mineraliseringsmedlet och ett likformigt utgångstillstånd för alla satser, var- igenom man också kan tillförsäkra och förutse likfor- mig beskaffenhet hos slutprodukten.

I anslutning till torkningen av råfibrer- na impregneras dessa med en uppslamning, som företrä- desvis består av kalk och vatten (kalkmjölk) och ef- ter en mellantorkning impregneras produkten med en formaldehydhaltig vattenglaslösning eller också im- pregneras den först med en formaldehydlösning och ef- ter en mellantorkning med kalkmjölk.

I detta sammanhang är det av betydelse att kalkhydratet genom inverkan av den i vattenglas ingående kiselsyran omvandlas till kalciumsilikat, som åstadkommer en homogen fyllning av växtfibrernas kapillärer och innesluter cellväggarna. Genom att den kristalliniska fyllningen tränger in i sprickorna i fibrernas cellväggar och förbinder sig med de likale- des kristalliniska yttre höljena på fibrerna eller fiberknippena, fästes fibrerna intimt med varandra utefter alla sina ytor vid inblandning av bindemedlet.

Det är fördelaktigt att inblanda så mycket vattenglas i lösningen, att det förblir ett tillräckligt över- skott för bindning av det kalkhydrat som senare fri- göres i den färdiga fiberbetongprodukten vid omvand- lingen till kisel. Den fullständiga inneslutningen i det omgivande bindemedlet av fibrernas alla inre och yttre ytor ger upphov till en fullständig inkapsling av de organiska beståndsdelarna. Härigenom kan icke heller växtfibrernas naturliga expansionsförmåga ver- ka ogynnsamt.

Om de torkade råfibrerna först impregneras med kalkmjölk utfyller kalkmjölken håligheterna i fib- rerna respektive fiberknippena. Vid den efterföljande torkningen stelnar kalken genom reaktion med tillsats- vattnet till kalciumhydroxid. Detta medför först en endast ringa hâllfasthet. Genom reaktion med kiselsyran bildas emellertid mineralstavar med relativt hög drag- och böjhållfasthet. 40 451 325 Såsom angives i det efterföljande patent- kravet 1 är det emellertid också möjligt att först im- pregnera växtfibrerna med vattenglas-formaldehyd-lös- ning och efter en därtill ansluten torkning genomföra impregnering med kalklösning. På detta sätt erhåller man samma fördelaktiga egenskaper som när man först genomför impregneringen med kalklösningen och därefter med vattenglas-formaldehyd-lösningen.

Behandlingen av fibrerna med den formalde- hydhaltiga vattenglaslösningen kan åstadkommas genom doppning, översilning eller besprutning. I detta sam- manhang är det en ytterligare fördel om den formalde- hydhaltiga vattenglaslösningen har en utspädningsgrad av ungefär 10 - 20 % kalium- respektive natriumsilikat. _ Ett annat fördelaktigt kännetecken på upp- finningen är att växtfibrerna efter impregneringen med den formaldehydhaltiga vattenglaslösningen respektive efter impregneringen med kalkmjölk omedelbart kan under- kastas den slutliga torkningen eller vidarebearbetas med det mineraliska byggnadsmaterialet. Genom den slutliga torkningen kan armeringfibrerna göras lagringsdugliga.

Om man emellertid icke har färdigbehandlade fibrer i lager kan impregneringarna genomföras omedelbart före vidarebehandlingen. Efter tillräcklig avdroppningstid kan de behandlade fibrerna då omedelbart sättas till det mineraliska byggnadsmaterialet.

Försök har visserligen visat att behandling- en av råfibrerna även kan genomföras med en blandning som innehåller alla komponenterna, dvs kalk, vatten, kiselsyra och formaldehyd. En sådan blandning är emel- lertid användbar endast en relativt kort tid, enär kalk och kiselsyra omedelbart reagerar med varandra. Följden härav är att endast en liten sats kan tillredas och den- na måste dessutom ständigt kontrolleras, enär det efter en brukstid, som beror på temperaturen, blandningens ålder (dropptid) och komponenternas ålder (lagringstid) icke är möjligt att bilda en fullständig mineralprodukt.

Det utfaller endast fjälliknande dammpartiklar.

Ett sådant förfarande skulle följaktligen kunna störas, vara behäftat med förlusttider och på 40 451 325 i 6 grundav oberäknelighetockså vara riskebelt. Dessutom skulle det på grund av ständig växling av bad vara oekonomiskt. Man kan icke heller fastlägga tidsinter- vallen för prövning av en sådan blandnings användbar- het, enär de bestämmande förhållandena ständigt änd- ras. Viktiga betingelser är exempelvis växlande tem- peraturer i omgivningen, badets upphettning till följd av reaktionsvärmet, riskvattenstillsats, de enskilda komponenternas ålder, pH som ständigt ändras under dropptiden och den stigande vattenhårdheten.

I några fall kan man i stället för kalk- mjölk använda cementmjölk. Härvid är emellertid den långa mogningstiden problematisk och den starka krymp- ningen vid för tidig snabbtorkning. Vid förnyad fukt- ning är en sammankittning av cementdelarna icke längre möjlig. Även vid direkt användning av de från badet ännu fuktiga fibrerna uppträder en gelkrympning. Det är tvivelaktigt om man kan säkerställa den erforderliga sammanfogningen av växtfibrernas ytor.

Man kan enligt uppfinningen ytterligare för- bättra växtfibrernas förmåga att så att säga uppsuga mineraliseringsmedlet genom att fibrerna innan kapillä- rerna öppnas så mycket som möjligt fullständigt befrias från vedandelar. För detta ändamål kan fibrerna upparbe- tas på samma sätt som vid linframställning. Givetvis bortfaller blekningen. I stället bråkas och valkas fib- rerna efter häcklingen, för att befrias från alla ved- rester, torkad klorofyll, märg och andra föroreningar.

På detta sätt kan man åstadkomma många håligheter för den mineraliserande vätskan. Dessutom tillförsäkras genom öppnandet av kapillärerna att formaldehyden icke uppsuges av några beståndsdelar utan kan diffundera tillsammans med överflödigt vatten i cellväggens rikt- ning. Vid denna vattnets diffusion avfiltreras form- aldehyden av cellväggarna. Härigenom blir de organiska beståndsdelarna resistenta gentemot röta, svampinfek- tion, insektsangrepp och inverkan av aggressiv atmo- sfär, dvs konserveras varaktigt.

En ytterligare fördel med uppfinningen är att växtfibrerna kan skäras i längder av mellan ca 4 40 7 451 325 och ca 25 mm. Härigenom garanteras att kapillärerna vid fibrernas båda ändar är öppna, varigenom man erhåller en foglös övergång från den mineraliska fyllningen i fibrerna till det omgivande bindemedlet.

Enligt uppfinningen är det dessutom väsent- ligt att de impregnerade fibrerna såväl under mellan- torkningen som under den slutliga torkningen hålles i ständig rörelse och uppluckras. Den ständiga rörelsen och uppluckringen är viktig för att det icke skall bil- das stenliknande klumpar, vilka i anslutning till tork- 'ningen måste brytas upp, ty en sådan behandling skulle utan tvivel förstöra stavarna inne i kapillärerna.

Torkningen, dvs vattenglasets reaktion, det överflödiga vattnets avledning och de enskilda fib- rernas separation påverkas gynnsamt vid sättet enligt uppfinningen, om fibrerna torkas i fluidiserad bädd med varmluft (i en panna, tunnel, e.d.). Temperaturen kan härvid uppgå till ca 300oC. Vid den därtill an- slutna kylningen krymper fiberkapillärerna och inneslu- ter de mineraliserade stavarna ännu tätare.

Enligt uppfinningen räcker det i de fles- ta fall om råfibrerna efter upparbetningen torkas till en restfukthalt av mindre än ca 10 %. I detta samman- hang är det då fördelaktigt att vid en restfuktighet hos fibrerna av ca 8 % tiden för impregnering med den formaldehydhaltiga vattenglaslösningen uppgår till ca -12 minuter. Är däremot fibrernas restfuktighet ca 2 % och mindre räcker det med en impregneringstid av 'mellan ca 2 och ca 4 minuter.

Pâ grund av den varierande hârdheten hos vattnet kan man icke undgå att genomföra förförsök i laboratorium. Dessutom påverkas behandlingstiden av temperatur och tryck. Finns vakuumkärl till hands för- bättras det åsyftade resultatet ytterligare.

Ett byggelement i form av ett rör, en plat- ta eller en annan profilerad formdel, som består av ett fiberarmerat, i synnerhet hydrauliskt bindemedel, exempelvis cement eller gips, kännetecknas enligt fö- revarande uppfinning genom att armeringsfibrerna är mineraliserade växtfibrer. Mineraliseringen av växt- 40 451 325 8 fibrerna åstadkommer icke endast en förstyvning av fib- rerna och eliminerar deras töjbarhet utan sammanhåller också de organiska och oorganiska beståndsdelarna i byggnadsmaterial, så att sådana armeringsfibrer får ß hög draghållfasthet.

Det föredrages att förstyva och innesluta kapillärerna respektive cellväggarna i växtfibrerna med kalciumsilikat.

För byggnadselementet enligt uppfinningen är det vidare väsentligt att växtfibrerna är bastfibrer respektive linfibrer.

For normal väggbeklädnad eller taktäckning är fiberandelen i byggelementet enligt uppfinningen ca 5 % av blandningens vikt.

Denna andel kan givetvis höjas allt efter behov, exempelvis för bärande takelement, trappsteg eller byggnadsrevetering, som utsättes för hög vind- eller snöbelastning. Härvid torde det vara en fördel att andelen mineraliserade växtfibrer icke överstiger ca 12 % av blandningens vikt.

Uppfinningen belyses närmare med hjälp av ett som exempel valt, på den bifogade ritningen åskåd- liggjort byggelement. _ I fig. 1 visas byggelementet i perspektiv.

I fig. 2 och 3 visas starkt förstorade ett tvärsnitt respektive ett längssnitt genom byggelementet enligt fig. 1 inom området för inbäddade armeringsfib- rer (se områdena vid II respektive III i fig. 1).

I fig. 1 visas ett i tvärsnitt vinkelformigt profilerat byggelement 1, vilket exempelvis kan användas som takåshuv. I stället för sådana vinkelformigt profi- lerade byggelement 1 kan man också enligt uppfinningen *H framställa byggelement i form av plattor, rör eller dy- likt. h Byggelementet 1 är framställt av ett med fibrer armerat mineraliskt byggnadsmaterial. Såsom när- mare åskådligqöres i fig. 2 och 3 består byggnadsmate- rialet av ett hydrauliskt bindemedel 2, exempelvis ce- ment, och mineraliserade växtfibrer 3, som i sin tur är sammansatta av enskilda cellfibrer 4. Med 5 betecknas 40 451 325 det upprivna fiberskalet, somlfihfnedan närmare skall diskuteras.

Vid framställning av byggelementet 1 kan man förfara på följande sättz' Först upparbetas växtfibrerna, företrädes- vis linfibrer, genom häckling, skållning och valkning till dess att om möjligt alla vedrester, torkad kloro- fyll, märg och andra föroreningar avlägsnats. På detta sätt öppnas i stor utsträckning håligheterna, dvs ka- pillärerna i linfibrerna.

Därefter torkas råfibrerna. För vidarebe- arbetningen tillräcklig hålighet i råfibrerna har upp- nåtts, när restfukthalten är 8 % eller mindre.

De torkade råfibrerna impregneras nu med en kalklösning. Impregneringen kan åstadkommas genom doppning. Härvid fylles håligheterna i fibrerna 3 med lösningen. Under den därtill anslutna mellantorkningen av fibrerna 3, som exempelvis genomföres med hetluft i en fluidiserad bädd, stelnar kalkhydratet och vattnet förångas.

Därefter impregneras de kalkhaltiga fibrer- na 3 med en formaldehyd innehållande vattenglaslösning.

Detta kan exempelvis åstadkommas i ett doppbad. Tack vare den i vattenglaset förhandenvarande kiselsyran omvandlas kalkhydradet till kalciumsilikat 6, som fyl- ler samtliga kapillärer och håligheter i fibrerna 3 och även intränger i de under upparbetningen i cellväggarna bildade sprickorna, varigenom även dessa inneslutes av kalciumsilikatet 6.

Efter impregneringen med vattenglas-formal- dehyd-lösningen torkas fibrerna 3 pà nytt. Detta kan även åstadkommas med hetluft i fluidiserad bädd. Vid denna torkning diffunderar vattnet på grund av förång- ning eller osmos genom kapillärerna och cellväggarna 5 utåt, varunder formaldehyden avfiltreras till cellväg- garna 5, varigenom dessa varaktigt konserveras.

De så torkade, mineraliserade växtfibrerna 3 kan därefter blandas med ett hydrauliskt bindemedel, exempelvis cement 2. Vid lämpligt överskott på vatten- glas binder detta det kalkhydrat som frigöres vid ce- 40 451 325 10 mentets omvandling till kisel. De enskilda växtfibrerna 3 inbäddas därefter i bindemedlet 2, såsom framgår av fig. 2 och 3, varvid kalciumsilikatet 6 som utfyller % kapillärerna och omsluter cellväggarna intimt förenas med det hydrauliska bindemedlet 2.

Fibrernas 2 längd a uppgår till mellan ca 4 och 25 mm. _ Detta byggnadsmaterial, som består av mine- raliserade växtfibrer 3 och hydrauliskt bindemedel 2, kan därefter bearbetas till plattor, rör eller andra profilerade formdelar, exempelvis till det vinkelformi- ga, profilerade byggelementet enligt fig. 1, och närma- re bestämt genom rundsiktning, långsiktning, pulver- spridning, strängsprutning eller gjutning.

Claims (10)

10 15 20 25 30 451 325 11 PATENTKRAV

1. Sätt att framställa armeringsfibrer för sådana mine- raliska byggnadsmaterial som innehåller hydrauliska bin- demedel, såsom cement eller gips, och som är avsedda för framställning av exempelvis rör, plattor eller andra pro- filerade formdelar, k ä n n e t e c k n a t av att man först väsentligen öppnar kapillärerna i på längden skurna växtfibrer (3), i synnerhet bastfibrer, exempel- vis linfibrer, och i anslutning därtill torkar fibrerna, varpå man antingen impregnerar fibrerna med en uppslam- ning av kalk i vatten (kalkmjölk) och efter en mellantork- ning impregnerar de kalkhaltiga råfibrerna med en formal- dehyd innehållande vattenglaslösning, eller impregnerar fibrerna med en formaldehyd innehållande vattenglaslösning och efter en mellantorkning impregnerar râfibrerna med en uppslamning av kalk i vatten (kalkmjölk), varpå fibrer- na lämpligen underkastas slutgiltig torkning eller omedel- bart vidarebearbetas med det mineraliska buggnadsmateria- let. ~ A

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den formaldehyd innehållande vattenglaslösningen har en förtunningsgrad av mellan ca 10 och ca 20% kalium- eller natriumsilikat.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att växtfibrerna (3) i möjligaste mån fullständigt be- frias fiåm vedandelar innan kapillärerna öppnas.

4. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t genom häckling (kamning), skållning och valkning och i av att fibrernas (3) kapillärer öppnas anslutning därtill underkastas torkning. 10 15 20 25 30 35 451 325 12

5. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t mellan ca 4 och ca 25 mm. S av att fibrerna (3) skäres i längder av

6. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t väl under mellantorkningen som under sluttorkningen hål- av att de impregnerade fibrerna (3) så- les i oavbruten rörelse och uppluckras, varvid fibrerna (3) exempelvis torkas i en fluídiserad bädd i en hetlufts- apparat (panna, tunnel, e.d.).

7. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t torkas till en restfukthalt av mindre än ca 10%. av att råfibrerna efter upparbetningen

8. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att impregneringen med den formaldehyd- haltiga vattenglaslösningen genomföres i mellan ca 10 och ca 12 minuter, när fibrernas restfukthalt är ca 8% och att impregneringen med den formaldehydhaltiga vattenglas- lösningen genomföres i mellan ca 2 och ca 4 minuter, när fibrernas restfukthalt är ca 2%.

9. Byggelement i form av ett rör, en platta eller en pro- filerad formdel av fiberarmerat hydrauliskt bindemedel, exempelvis cement eller gips, k ä n n e t e c k n a t av att armeringsfibrerna (3) är mineraliserade växtfib- rer, i synnerhet mineraliserade bastfibrer, exempelvis linfibrer, vilkas kapillärer och cellväggar (4) förstärkts med respektive inneslutits i kalciumsilikat (6). *ål

10.Byggelement enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att det för icke bärande användning innehåller ca 5% v! räknat på blandningens vikt av de mineraliserade växtfib- rerna (3), och att det för bärande användning innehåller högst 12% räknat på blandningens vikt av de mineraliserade växtfibrerna (3).