NL1016105C2 - Vezelmengsel voor beton. - Google Patents

Description

Titel: Vezelmengsel voor beton

De uitvinding heeft betrekking op een premix voor het verbeteren van de treksterkte, taaiheid en de vloeistofdichtheid van uitgeharde, van een suspensie afgeleide constructiematerialen, in het bijzonder beton. De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het 5 vervaardigen van een betonmortelspecie.

In deze aanvrage wordt onder beton verstaan het bij de deskundige bekende mengsel van vaste bestanddelen, waaronder cement, zand en eventueel stenen (waaronder te verstaan: kiezel, puin, gruis, slakken, etc.) dat geschikt is om op bekende wijze betonnen voorwerpen of constructies 10 (zoals vloeren, wanden, tunnels, of gedeelten daarvan) van te maken.

Onder mortelspecie wordt in deze aanvrage verstaan de slurry die wordt verkregen door de vaste bestanddelen van het uithardende constructiemateriaal te mengen met water. Behalve in betonnen constructies kan de uitvinding worden toegepast in andere op cement 15 gebaseerde uithardende constructiematerialen.

Onder taaiheid wordt in deze context tenminste verstaan de mate waarin het gescheurde materiaal bestand is tegen trekkracht.

Onder treksterkte wordt in deze context tenminste verstaan de mate waarin het materiaal bestand is tegen trekkracht zonder dat 20 scheurvorming optreedt.

Uit DE-A-42 26 744 zijn vezels bekend die kunnen worden toegepast voor de wapening van beton of dergelijke. Deze bekende vezels bestaan in hoofdzaak uit een gestrekt draadstuk met haakachtige vervormingen aan beide einden. Uit onderzoek van de onderhavige 25 uitvinders is gebleken dat dergelijke bekende vezels kunnen worden toegepast in betonmortelspecie om de taaiheid van de uiteindelijke constructie te verhogen. Overigens is dit effect van genoemde vezels op de taaiheid uit genoemde octrooipublicatie niet bekend. Onder “haakachtige ; { 1 ; ν': · ; * 2 vezels” worden, naast de uit DE-A-42 26 744 bekende vezels, ook andere, uit een gestrekt draadstuk bestaande vezels, die ter verankering aan beide uiteinden zijn voorzien van een gekromd of verbogen gedeelte, verstaan.

Hoewel door toevoeging van dergelijke haakachtige vezels een 5 verbetering ten aanzien van de taaiheid van de uiteindelijke constructie verkregen kan worden, welke verbetering soortgelijk is aan de verbetering die verkregen wordt met een conventionele wapening, heeft de toepassing van deze bekende vezels als nadeel dat andere eigenschappen, in het bijzonder de treksterkte van de uiteindelijke constructie niet of in 10 onvoldoende mate door de toepassing van deze bekende vezels wordt beïnvloed. Verder zijn dergelijke constructies niet vloeistofdicht. Dit is het gevolg van kleine scheurtjes die in het beton kunnen ontstaan. Een ander nadeel is, dat deze bekende vezels vaak de neiging hebben tot om tot een bal te klonteren indien deze met een beton- of andere mortelspecie gemengd 15 worden (“egelvorming” of “uilenballen”).

De onderhavige uitvinding beoogt deze en andere problemen op te lossen.

Gevonden is dat deze problemen, althans in belangrijke mate, kunnen worden voorkomen met een premix voor het verbeteren van de 20 treksterkte en de taaiheid van uitgeharde, van een suspensie afgeleide constructiematerialen, omvattende vezels die aan althans een deel van het oppervlak van de vezel ruw zijn, en langwerpige vezels met haakachtige vervormingen aan tenminste beide uiteinden. Gevonden is dat van de vezels die aan de oppervlakte ruw zijn, een treksterkteverhogende werking uitgaat 25 op de uiteindelijke constructie. Van de langwerpige vezels met haakachtige vervormingen gaat een taaiheidverhogende werking uit op de uiteindelijke constructie. Door volgens de uitvinding de onderlinge verhouding van de twee typen vezels te kiezen, kunnen de mechanische eigenschappen van de uiteindelijke constructie worden beïnvloed op een wijze die voorheen niet 30 mogelijk was.

4 —s -y .-«tij 3 ;

Bij voorkeur wordt per m3 mortelspecie tenminste 15 kg taaiheid-verhogende vezels toegepast. Onder 15 kg/m3 is het effect op de taaiheid nog nauwelijks waarneembaar. In principe geldt hoe meer van deze vezels wordt toegepast, des te groter de uiteindelijke taaiheid zal zijn. De bovengrens is 5 dus in principe niet beperkt. Tot 100 kg/m3 kan nog steeds worden toegepast en heeft een navenant verhoogde taaiheid tot gevolg. Voor typische toepassingen volstaat echter doorgaans een hoeveelheid taaiheidverhogende vezels van ten hoogste ongeveer 45 kg/m3.

De hoeveelheid treksterkteverhogende vezel die wordt toepast is 10 om vergelijkbare redenen als hiervoor genoemd aan de ondergrens beperkt tot ongeveer 10 kg/m3. De bovengrens is eveneens in principe niet beperkt.

Tot 120 kg/m3 kan nog steeds worden toegepast met goed resultaat. Voor een typische betontoepassing volstaat echter maximaal ongeveer 55 kg/m3.

Onder een premix wordt verstaan een mengsel dat bestemd is om 15 te worden aangevuld met andere ingrediënten. Een premix van vezels volgens de uitvinding omvat treksterkteverhogende en taaiheidverhogende vezels. Deze premix kan op eenvoudige wijze worden gedoseerd aan een mortelspecie, bijvoorbeeld met behulp van een weeg- en trilinrichting.

De treksterkteverhogende vezels zijn langwerpige vezels, van 20 typisch enige cm afmeting. Geschikte treksterkteverhogende vezels voor • toepassing volgens de uitvinding worden beschreven in EP-A-0 087 496.

Hierin worden vezels beschreven, welke zijn verkregen door het frezen van staal tot spanen. Zeer geschikt is blokstaal (St 52). De treksterkteverhogende vezels dienen aan tenminste één zijde ruw te zijn, 25 bijvoorbeeld doordat aan althans een deel van het oppervlak uitsteeksels zitten van typisch enige tienden van mm op een onderlinge afstand van eveneens typisch enige tienden van mm zodanig, dat deze optimaal op het beton kunnen aangrijpen om vervorming van het beton tegen te gaan. Bij voorkeur worden treksterkteverhogende vezels toegepast met een grootste 30 afmeting van 15 - 60 mm. Wanneer de vezels kleiner zijn dan 15 mm is er ·;’·. ‘ Γ; ; ·> ·*' 4 nauwelijks nog een effect waarneembaar. Vezels groter dan ongeveer 60 mm zijn doorgaans moeilijk te verdelen of anderszins te verwerken. Voor typische betontoepassingen zijn gefreesde vezels van 30 - 60 mm zeer geschikt. Bij voorkeur is de lengte 25 - 35 mm. De grootste breedte van de 5 treksterkteverhogende vezels bedraagt typisch enige mm. Goede resultaten worden verkregen bij een grootste breedte van 3,5 - 4 mm. De vezels zijn bij voorkeur over de lengte gebogen, zodanig, dat zij een gebogen hoek bezitten van ten minste 20°. Bij voorkeur zijn de vezels daarbij licht getordeerd en sikkelvormig gekromd.

10 Bijzonder geschikte taaiheidverhogende langwerpige vezels met haakachtige vervormingen aan tenminste beide uiteinden staan bijvoorbeeld beschreven in het hierboven genoemde DE—A—42 26 744, de inhoud van welke octrooipublicatie wordt verstaan hierin te zijn opgenomen. Bij voorkeur worden taaiheidverhogende vezels met een 15 grootste afmeting van 45 - 60 mm toegepast. Wanneer de vezels kleiner zijn dan 45 mm is er nauwelijks nog een effect op de taaiheid waarneembaar, hoewel deze ondergrens sterk afhangt van de beoogde toepassing. Zo kunnen bij toepassing in hoge-sterktebeton met vezels tot 15 mm lengte , nog goede resultaten verkregen worden. Vezels groter dan ongeveer 60 mm 20 zijn doorgaans moeilijk te verdelen of anderszins te verwerken. De taaiheidverhogende vezels dienen tussen de haakachtige vervormingen een relatief glad oppervlak te hebben, zodat zij tijdens het rekken gemakkelijk met het niet vastgehaakte gedeelte door het uitgeharde constructiemateriaal kunnen glijden. De elasticiteitsmodulus van de 25 taaiheidverhogende vezels bedraagt doorgaans tenminste ongeveer 1000 N/m2.

Bijzonder voordeel kan verder worden verkregen met een premix, welke verder polypropyleenvezels omvat. Zeer geschikt zijn polypropyleenvezels in de vorm van zgn. ‘engelenhaar’, dat wil zeggen ronde 30 gefibrileerde polypropyleenvezels met een diameter van maximaal enkele 5 tientallen micrometer, bijvoorbeeld 10-30 μιη, typisch ongeveer 20 μιη en een lengte die typisch 10 -15 mm bedraagt. De dichtheid van het polypropyleen bedraagt ongeveer 0,90-0,95 kg/m3. Dit additief blijkt verrassenderwijs tot gevolg te hebben dat de uitharding van het 5 constructiemateriaal gelijkmatiger verloopt, waardoor de kwaliteit van het constructiemateriaal verbetert. In het bijzonder wordt de vloeistofdichtheid van het beton aanmerkelijk verbeterd. Dit is het gevolg van het feit dat de polypropyleenvezels zwellen waardoor zij het vocht vast kunnen houden. Hierdoor komt het water gelijkmatiger beschikbaar voor de chemische 10 reacties die nodig zijn voor het uithardingsproces. Het gevolg hiervan is dat scheurvorming tijdens het uitharden wordt tegengegaan.

Een ander belangrijk voordeel van de toepassing van polypropyleenvezels in beton, is dat de brandwerendheid van het beton verbetert. Doordat de polypropyleenvezels smelten bij ongeveer 160°C, 15 ontstaan er poriën in de betonmatrix. De onstane poriën bieden een expansiemogelijkheid waardoor scheurvorming wordt vertraagd. Hierdoor behoudt de constructie langer haar sterkte bij blootstelling aan hoge temperaturen.

De polypropyleenvezels worden bij voorkeur toegepast in een 20 hoeveelheid van 0,5 tot maximaal ongeveer 3 kg/m3. Doorgaans hoeft voor typische toepassingen niet meer dan ongeveer 0,9 kg/m3 polypropyleenvezels te worden toegepast.

De treksterkteverhogende en/of de taaiheidverhogende vezels zijn bij voorkeur van metaal, en met nog meer voorkeur van staal. Gebleken is 25 dat dit een goedkoop materiaal is dat aan de gestelde eisen voldoet. In het bijzonder zijn de treksterkteverhogende ruwe vezels verkregen door het verspanen van staal, bijvoorbeeld krullen verkregen door frezen van stalen onderdelen, bij voorkeur speciaal blokstaal (St 52).

De taaiheidverhogende vezels kunnen worden vervaardigd uit 30 draad of band. Bij voorkeur wordt getrokken draad toegepast.

6

De premix van treksterkte- en taaiheidverhogende vezels en eventueel polypropyleenvezels kan, eventueel na toevoeging van andere toeslagmaterialen, aan een mortelspecie worden toegevoegd, welke dan op de gebruikelijke wijze verder wordt verwerkt. Het toevoegen van de 5 vezelpremix aan de betonmortelspecie gebeurt zowel op een betonmortelcentrale als op een bouwplaats.

In geval de vezels worden gemengd met de specie op de mortelcentrale, kunnen de vezels worden opgeslagen in silo’s en door middel van bijvoorbeeld een trilmechanisme gedoseerd aan de betonmortelspecie 10 die zich reeds in een menger van de centrale of een vrachtauto bevindt. Door het gewicht van de te mengen vezels te volgen, kan precies worden geregistreerd hoeveel vezels worden gedoseerd. Hierna wordt het geheel gemengd. Het aldus onstane mengsel wordt op de gebruikelijke wijze naar de bouwplaats vervoerd voor verdere verwerking. Eveneens kan pas op de 15 bouwplaats de vezelpremix worden toegevoegd aan de cementspecie in de vrachtauto.

De betonnen constructies die worden verkregen door toepassing van een dergelijke betonmortelspecie bezitten verbeterde eigenschappen met betrekking tot taaiheid en treksterkte. Door verder de 20 polypropyleenvezels toe te passen, kunnen er constructies worden gemaakt die bovendien minder krimpscheuren hebben. De scheuren die eventueel ontstaan zijn bovendien geringer in aantal. De scheuren die eventueel ontstaan zijn kleiner dan bij constructies vervaardigd uit conventioneel beton met of zonder traditionele wapening. Hierdoor is het onder meer 25 mogelijk om een groter oppervlak te bedekken bij elastisch ondersteunde vloeren, dat wil zeggen vloeren die ondersteund worden door bijvoorbeeld een zandlaag of op andere wijzen, bijvoorbeeld een laag van piepschuim (polystyreenschuim).

Ook bij betonconstructies die door middel van een fundering, zoals 30 heipalen, worden ondersteund, kan de vezelmix volgens de uitvinding op 7 voordelige wijze worden toegepast. In het bijzonder kunnen vloeren met kleinere dikte worden uitgevoerd en/of kan de ongesteunde lengte groter zijn, dat wil zeggen de palen van de fundering kunnen met grotere tussenafstand worden aangebracht.

5 Uiteraard kan de vezelpremix volgens de uitvinding ook worden toegepast in combinatie met een conventionele wapening, zoals gevlochten staaldraden.

Door de verbeterde eigenschappen van het verkregen beton, is een mortelspecie voorzien van de vezelpremix volgens de uitvinding in het 10 bijzonder geschikt voor het vervaardigen van grotere constructies, zoals vloeren, wanden, tunnels of delen daarvan. Hierdoor kan volstaan worden met minder voegen of kunnen deze zelfs geheel achterwege blijven. Gebleken is dat met de mortelspecie volgens de uitvinding constructies kunnen worden gemaakt, de taaiheid waarvan zodanig is, dat het mogelijk 15 wordt om grote overspanningen te bereiken.

Ook met betrekking tot de structuur van het beton wordt een aanmerkelijke verbetering gevonden. Het is bekend dat beton tijdens het uitharden altijd enigszins scheurt. Deze microscheurtjes zijn karakteristiek voor beton. Door toepassing van de vezelpremix volgens de uitvinding is 20 gebleken dat de R-waarde (weerstand /buigtreksterkte) aanzienlijk wordt verbeterd. De toepassing van de vezelmix, in het bijzonder van de taaiheidsverhogende vezel, levert bij uitharden minder krimp, waardoor de oppervlakte kan worden vergroot. Doordat er grotere vloerdelen kunnen worden gemaakt, zijn er minder voegen in de vloer, waardoor de kans op 25 beschadiging afneemt en de vloeistofdichtheid verder toeneemt.

De uitvinding betreft verder een werkwijze voor het vervaardigen van een betonmortelspecie, welke omvat het mengen van een betonmortelspecie met een vezelmix zoals hierboven beschreven. De taaiheidverhogende en treksterkteverhogende vezels en eventueel de 30 polypropyleenvezels kunnen afzonderlijk aan de mortelspecie worden 8 toegevoegd maar ook kunnen zij eerst gemengd worden, waarna dit vezelmengsel aan de mortelspecie wordt toegevoegd. Deze laatste uitvoeringsvorm, waarbij de vezels dus als premix aan de mortelspecie worden toegevoegd, geniet de voorkeur.

5 Gebleken is verder, dat indien de vezels in een bijzondere volgorde worden gemengd, een mortelspecie met verbeterde eigenschappen wordt verkregen. Volgens deze voorkeursuitvoeringsvorm wordt op een eerste laag van de treksterkteverhogende vezels, een laag met de taaiheidverhogende vezels aangebracht. Hierdoor treedt het eerdergenoemde probleem van 10 samenklonteren van deze vezels, niet of in sterk verminderde mate op. Het aanbrengen van de vezels kan gebeuren door deze bijvoorbeeld op een lopende band te storten. Gebleken is dat indien de werkwijze in deze volgorde wordt uitgevoerd, voorkomen kan worden dat de taaiheidverhogende vezels in elkaar haken, waardoor deze zouden gaan 15 samenklitten, hetgeen ongewenst is. Door het vermijden van samenklitten zullen ook de haakachtige vezels zich uniform door het beton verdelen, waardoor de gewenste verbetering van mechanische eigenschappen zeker wordt gesteld.

Een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 20 de uitvinding betreft verder een werkwijze waarbij van de verkregen . mortelspecie een monsterproefstuk wordt gegoten, dat op onder meer taaiheid, treksterkte en/of vloeistofdoorlaatbaarheid wordt onderzocht. Pas daarna wordt de mortelspecie op de gebruikelijke wijze naar de afnemer vervoerd. Het voordeel is dat op deze wijze de geleverde mortelspecie 25 gecertificeerd en gegarandeerd kan worden met betrekking tot de taaiheid, treksterkte en vloeistofdichtheid van de uiteindelijke constructie.

Door daarbij de hoeveelheid toegepaste taaiheid- en treksterkteverhogende vezels en eventueel polypropyleenvezels, nauwkeurig in te wegen, alsmede de hoeveelheid mortelspecie, kan een mortelspecie 30 volgens de uitvinding worden verkregen, waarvan de specificaties met i ü ; v ; 0 9 betrekking tot de mechanische eigenschappen van het uiteindelijke beton, in het bijzonder de treksterkte, taaiheid en vloeistofdichtheid, van te voren in hoofdzaak bekend zijn. De gegevens met betrekking tot de eigenschappen van het uiteindelijke beton kunnen dan in het bij de betonmortelspecie 5 geleverde certificaat worden vermeld.

Het inwegen van de verschillende ingrediënten kan op een voor de vakman bekende wijze gebeuren, bijvoorbeeld door te doseren en negatief afwegen vanuit silo’s.

De mechanische eigenschappen van het beton kunnen volgens de 10 uitvinding op reproduceerbare wijze worden gestuurd.

Volgens de uitvinding kunnen scheurarme vloeren worden verkregen. Een ander bijzonder voordeel is dat de toepassing van de vezelpremix ertoe leidt dat de wapening goed verdeeld wordt over de uiteindelijke constructie, met name aan de randen en in de hoeken.

15 Hierdoor kunnen bijvoorbeeld vloeren gemaakt worden die goed in de hoeken en randen voorzien zijn van wapening zijn. Dit is van groot belang bij constructie die juist aan de rand zwaar belast kunnen worden, zoals betonplaten voor start- en landingsbanen van vliegvelden en dergelijke. Door de verbeterde mechanische eigenschappen die volgens de uitvinding 20 wordt verkregen, kan worden volstaan met dunnere vloeren.

Claims (17)

1. Premix voor het verbeteren van de treksterkte en de taaiheid van uitgeharde, van een suspensie afgeleide constructiematerialen, omvattende treksterkteverhogende vezels die aan althans een deel van het vezeloppervlak ruw zijn, en taaiheidverhogende langwerpige vezels met 5 haakachtige vervormingen aan tenminste beide uiteinden.

2. Premix volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de treksterkteverhogende vezels een grootste afmeting hebben van 15 - 60 mm, bij voorkeur van 25 - 35 mm.

3. Premix volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de taaiheid-10 verhogende vezels een grootste afmeting hebben van 45 - 60 mm.

4. Premix volgens een der voorgaande conclusies, welke verder polypropyleenvezels omvat, welke polypropyleenvezels bij voorkeur een diameter van 10-30 pm bezitten en een lengte van 10 -15 mm.

5. Premix volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de 15 treksterkteverhogende en/of de taaiheidverhogende vezels van metaal, bij voorkeur van staal zijn.

6. Premix volgens conclusie 5, waarbij de treksterkteverhogende vezels verkregen zijn door het verspanen van metalen voorwerpen, bij voorkeur door middel van een freesbewerking.

7. Premix volgens conclusie 5 of 6, waarbij de taaiheidverhogende vezels van getrokken metaal zijn vervaardigd.

8. Betonmortelspecie, verkregen uit een premix volgens een der voorgaande conclusies.

9. Betonmortelspecie volgens conclusie 8, waarbij het gehalte aan 25 taaiheidverhogende vezels 15 - 45 kg/m3 bedraagt; het gehalte treksterkteverhogende vezel 10 - 55 kg/m3 bedraagt; en/of waarbij het gehalte aan polypropyleenvezels 0,5 - 0,9 kg/m3 bedraagt.

10. Toepassing van een premix of een betonmortelspecie volgens een der voorgaande conclusies, in de vervaardiging van betonconstructies, zoals vloeren, wanden, tunnels en dunwandige constructies.

11. Betonnen vloer of deel van een vloer, met een vrije overspanning 5 van tenminste 1 m, welke vloer of deel van een vloer een premix volgens een der conclusies 1-7 bevat.

12. Werkwijze voor het vervaardigen van een betonmortelspecie, omvattende het mengen van een betonmortelspecie met de treksterkte-verhogende vezels, taaiheidverhogende vezels en eventueel 10 polypropyleenvezels, welke vezels zijn als genoemd onder een der voorgaande conclusies 1-7.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarbij het mengen wordt uitgevoerd door een premix aan de betonmortelspecie toe te voegen, welke premix is verkregen door op een eerste laag van de treksterkteverhogende 15 een tweede laag van de taaiheidverhogende vezels aan te brengen.

14. Werkwijze volgens een der conclusies 12 of 13, welke wordt gevolgd door een stap waarin de treksterkte en taaiheid van een monster dat verkregen is door toepassing van de genoemde mortelspecie, wordt bepaald, zodanig, dat de genoemde mortelspecie voor wat betreft de treksterkte- en 20 taaiheideigenschappen in uitgeharde toestand gecertificeerd kan worden.

15. Werkwijze volgens een der conclusies 12-14, waarbij men de onderlinge gewichtsverhoudingen van de vezels en de mortelspecie registreert.

16. Werkwijze volgens een der conclusies 12-15, waarbij men de 25 respectieve hoeveelheden vezels en mortelspecie zodanig kiest, dat een tevoren vastgestelde combinatie van treksterkte en taaiheid in een uit de betonmortelspecie vervaardigd werkstuk wordt verkregen.

17. Betonconstructie, verkregen door toepassing van een premix volgens een der conclusies 1-7, door uitharding van een betonmortelspecie !r·. a fi l'. v u ; ·; i i * ’ & t volgens een der conclusies 8-9 of met een werkwijze volgens een der conclusies 12 - 16. SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFICATIE VAN DE NATIONALE AANVRAGE KENMERK VAN DE AANVRAGER OF VAN DE GEMACHTIGDE P53679NL00 Nederlands aanvraag nr. Indieningsdatum 1016105 5 september 2000 Ingeroepen voonangsdatum Aanvrager (Naam) Harex Nederland B.V. Datum van hel verzoek voor een onderzoek van Door de Instantie voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan internationaal type het verzoek voor een onderzoek van internationaal type toegekend nr. __SN 36205 NL_ I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende classificaties, alle dassificatiesymboien opgaven) Volgens de internationale classificatie (IPC) lnt.Ci.7: C04B14/48 C04B28/02 E04C5/01 E04C5/07 E04C5/03 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK Onderzochte minimum documentatie Classificatiesysteem Classificatiesymbolen Int. Cl.7: C04B E04C Onderzochte andere documentatie dan de minimum documentatie, voor zover dergelijke documenten in de onderzochte gebieden zgn opoe nomen III. □ GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op aanvullingsblad) IV. □ GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsblad) nl--— Form PCT/ISA 201 a (11/2000)