DE4130076A1 - Faserarmiertes verbundmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein faserarmiertes Verbundmaterial auf der Basis von Zement, Armierungsfasern und gegebenenfalls weiteren Zu­ satzstoffen, das im Bauwesen als Alternativwerkstoff für Asbest­ zementerzeugnisse und für dampfgehärtete, faserarmierte Kalzium­ silikathydrat-Baustoffe anwendbar ist.

Asbestzementerzeugnisse besitzen bekanntermaßen vorteilhafte Werk­ stoffeigenschaften, die zu ihrer vielseitigen Verwendung, insbe­ sondere im Bauwesen, geführt haben. Toxikologische Untersuchungen zeigten jedoch, daß der Einsatz dieser Erzeugnisse bedenklich und dringend der Einsatz von Alternativwerkstoffen erforderlich ist.

Asbestzementerzeugnisse werden üblicherweise hergestellt, indem der Niederschlag aus einer wäßrigen Suspension von Zement und auf­ bereiteten Asbestfasern auf einer perforierten, porösen Unterlage abgeschieden und das Rohprodukt durch Absaugen oder Abpressen vom überschüssigen Wasser befreit wird. Das Verfahren beruht darauf, daß die Asbestfasern sowohl eine hohe Zementtragfähigkeit bei der Verarbeitung in der wäßrigen Maische besitzen als auch im Verbund­ werkstoff Armierungsfunktion übernehmen. Die besondere Eigenart der Asbestfasern auszuflocken und von der Zementaufschlämmung sehr gut benetzt zu werden, garantiert auch bei der Entfernung des überschüssigen Wassers im großtechnischen Maßstab eine anwendungs­ gerechte Filtrationsgeschwindigkeit, ohne daß ein übermäßiger Feinanteilverlust auftritt.

Werden Asbestfasern einfach durch Glas oder organische Polymerfa­ sern substituiert, sind keine befriedigenden Werkstoffeigenschaf­ ten erzielbar, da diese synthetischen Fasern mit Armierungsfunk­ tion keine Neigung zur Flockenbildung zeigen und von der Zement­ aufschlämmung nicht benetzt werden. Infolgedessen tritt im Fil­ trat ein unverhältnismäßig hoher Feststoffanteil auf. Bedingt durch die ungleichmäßige Faserverteilung sind sowohl die sogenann­ te "Grünfestigkeit" als auch die Verbundfestigkeit nach Aushärtung dieser Werkstoffe gering.

Zur Beseitigung dieser Nachteile werden den Stoffmischungen zur Herstellung asbestfreier faserarmierter Werkstoffe in der Regel neben den "Armierungsfasern" bis zu 10 Ma.-% sogenannte "Prozeß­ fasern" zugesetzt. Als Prozeßfasern dienen dabei Sulfatzellstoff, Sekundärzellstoff (Altpapier) oder Synthesepulp (Polyolefin) bzw. Gemische dieser Faserarten. In prozeßtechnischer Hinsicht wird durch diese Prozeßfasern die Suspendierfähigkeit der Armierungs­ fasern verbessert und ein ausreichendes Zementrückhaltevermögen erzielt.

Darüberhinaus werden den Faserzementmischungen üblicherweise verschiedene weitere Hilfsmittel zugesetzt.

Gemäß DD-AP 1 10 841 wird Asbest-Zement-Suspensionen ein Massean­ teil von 0,1 bis 0,5% einer Amidgruppen und carbocyclische Grup­ pen enthaltenden Verbindung (Polyacrylnitrid) zugesetzt, um die Verluste beim Filtrationsprozeß zu vermindern.

Die DE-OS 27 34 431 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines faserarmierten Zementverbundmaterials, das sich aus hydratisiertem Zement und gekürztem Glasseidenroving als Verstärkungsmaterial zu­ sammensetzt. Hierbei werden vor dem Sedimentationsprozeß der Auf­ schlämmung 0,001 bis 0,1 Ma.-% Polyacrylamid als Flockungsmittel sowie Einzelfasern aus anorganischem, nichtkristallinem Material wie Mineralwolle oder Glaswolle zugegeben.

Gegenstand der DE-OS 28 50 868 ist ein faserarmierter Zement, der mindestens einen Polyelektrolyten (oberflächenaktiver Stoff, Netz­ mittel, Flockungsmittel), mindestens ein anorganisches Material großer spezifischer Oberfläche, wie Kieselsäure, Kieselgur oder Betonit, und beschlichtete Glasseidenspinnfäden als Armierungs­ fasern enthält.

Ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten, hydraulisch abbindenden Zusammensetzung beschreibt auch die DE-OS 31 05 519. Um ein Ausflocken der Stoffkombination zu erreichen und die Ober­ fläche der Fasern zu aktivieren, werden der Zusammensetzung neben einem hydraulischen Bindemittel und gegebenenfalls weiteren Hilfs­ stoffen ein wasserlösliches oder in Wasser emulgierbares Polymer (Polyacrylat, Polyacrylamid, Polyvinylalkohol, Polysaccharid, Al­ ginat, Polypeptid) und eine Metallverbindung zugesetzt.

Nach AT-PS 3 70 065 läßt sich die Affinität von Naturfasern, Glas- und Kunstfasern zu Zement in wäßriger Aufschlämmung auch dadurch verbessern, daß die Fasern einerseits und der in Wasser suspendier­ te Zement andererseits durch die Behandlung mit Tensiden an der Oberfläche mit gegensätzlichen elektrischen Ladungen ausgerüstet werden, die dann beim Zusammenbringen in der wäßrigen Mischung in elektrochemische Wechselwirkung treten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein faserarmiertes ze­ menthaltiges Verbundmaterial, wie Faserzement, Faserbeton oder dampfgehärtete Kalziumsilikathydrate, zur Verfügung zu stellen, bei dem auf die Zugabe von Prozeßfasern verzichtet bzw. ihr Anteil wesentlich verringert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der wäßrigen zementhaltigen Mischung Polydimethyldiallylammoniumchlorid (Poly­ quat) mit einer Molmasse 20 000 zugesetzt werden. Der Anteil des Polydimethyldiallylammoniumchlorids beträgt dabei, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der zementhaltigen Mischung, 0,05 bis 5,0 Ma.-%, bevorzugt 0,05 bis 0,5 Ma.-%.

Durch das Polydimethyldiallylammoniumchlorid wird die Konsistenz der wäßrigen zementhaltigen Mischung deutlich erhöht, die Sedi­ mentationsgeschwindigkeit der Partikel in der wäßrigen Suspension reduziert und somit ein geringerer Feststoffaustrag beim Filtra­ tionsprozeß zur Bildung des Vorproduktes für den Verbundwerkstoff (Vlies, "grüne Platte") erreicht. Die erhöhte Suspensionstabilität bewirkt auch eine gleichmäßige Verteilung der Komponenten im Vor­ produkt des Verbundwerkstoffs, was zu einer Verbesserung der me­ chanischen und chemischen Eigenschaften des ausgehärteten Verbund­ werkstoffs führt. Dadurch ist die Zugabe von "Prozeßfasern" in der Regel nicht mehr erforderlich.

Das erfindungsgemäße faserarmierte zementhaltige Verbundmaterial zeichnet sich gegenüber den herkömmlichen, Prozeßfasern beinhal­ tenden Verbundmaterialien durch eine verbesserte Feuerbeständig­ keit aus. Beim technischen Härtungsprozeß des Verbundmaterials in einem Autoklaven unter Wasserdampfatmosphäre bei Temperaturen über 100°C treten keine Zersetzungsprodukte des Polydimethyldiallyl­ ammoniumchlorids auf.

Überraschenderweise wurde zudem gefunden, daß bei der Kombination von Zement, Polydimethyldiallylammoniumchlorid und Glasfasern der resultierende glasfaserarmierte Verbundwerkstoff eine verbesserte Langzeitstabilität aufweist.

Beispiel 1

In einem Laborrührgefäß werden 210 ml Wasser (20°C) mit 0,35 g Sulfatzellstoff (Mahlgrad 50 bis 55° nach Schopper/Riegler), 9,3 g Portlandzement 1145 sowie 6,1 g Silikat für die Dauer von 10 Minuten gerührt. Nach der Zugabe von 4,8 ml Kaliwasserglas-Lösung (Sorte 2) wird die wäßrige Suspension weitere 5 Minuten gerührt und danach mit 1,5 g Polydimethyldiallylammoniumchlorid (Polyquat) versetzt. Diese Mischung wird über ein Glasfaservlies in einer Labornutsche entwässert.

Der Feststoffaustrag dieser polyquathaltigen Mischung beträgt 0,73% und entspricht in etwa einer vergleichbaren prozeßfaser­ haltigen Mischung mit einem Massenanteil an Sulfatzellstoff von 2%, wobei sie voluminöser ist und eine geringere Sedimentations­ geschwindigkeit als die prozeßfaserhaltige Mischung aufweist. Für die Absetzvolumina (in %) werden in Abhängigkeit von der Zeit folgende Werte erhalten:

Beispiel 2 Herstellung von Platten auf Kalziumsilikathydratbasis

In einem Laborturbolöser werden 31,5 1 Wasser (20°C) mit 1395 g Portlandzement, 915 g Sikalit und 55 g Sulfatzellstoff (Faseran­ teil in der Mischung 2 Ma.-%) 15 Minuten gerührt. Danach wird ein Gemisch aus 714 g Kaliwasserglas (Sorte 2) und 15 g Perlit zuge­ setzt und nochmals 10 Minuten gerührt.

Dieser Mischung werden 200 g gekürzte alkalibeständige Glasfasern (Stapellänge 3 bis 5 mm) untergemischt und 22,5 g Polyquat zuge­ setzt. Danach dickt die Mischung an und zeigt kaum Neigung zur Sedimentation im Rührgefäß.

Die Entwässerung der Platten (30×30 cm) erfolgt in einer Labor­ gießpresse unter Benutzung von PVC-Sieben mit einer Maschenweite von 0,3 mm. Der Feststoffaustrag beträgt weniger als 1%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der wäßrigen Ausgangsmischung, und liegt im Bereich einer vergleichbaren Mischung mit einem Prozeß­ fasermasseanteil von 8%.

Die rohen Platten werden 8 Stunden bei 181°C autoklavisiert und danach bis zur Massekonstanz im Trockenschrank bei 105°C getrock­ net. Ihre Biegefestigkeit beträgt 3,9 MPa bei einer Materialdichte von 0,535 gcm³.

Beispiel 3

Abschnitte von Glasseidenspinnfäden werden in Zementprismen eingelagert und danach erfolgt eine beschleunigte Alterung der Proben in gesättigter Wasserdampfatmosphäre bei 60° G ("GRCA Method of tests for strength retention of glassfibre in cements and mortars", GRCA S 0104/0184, The Glassfibre Reinforced Cement Association, Bucks, 1984). Der aus der Wechselwirkung der Glassei­ denspinnfäden mit der basischen Porenflüssigkeit des Zementsteines resultierende Grad der Schädigung wird bei diesem "strand-in- cement"-Test (SIC-Test) mit einer Werkstoffprüfmaschine durch Mes­ sung der Zugfestigkeit der Fäden ermittelt.

Es wurden verwendet:

• - Glasseidenspinnfäden eines Grundglassystems Na₂O-ZrO₂-SiO₂ mit einer Masse von 0,0628 g/m und
• - Portlandzement der Sorte PZ 45 W-MS (Hersteller: Eichsfelder Zementwerke Deuna)
• - Zementleimrezeptur A: 150 g PZ 45 W-MS, 30 g Wasser und 37,5 g "Polyquat 20", 20% Feststoff (5%ige wäßrige Polymerlösung)
• - Zementleimrezeptur B: 150 g PZ 45 W-MS und 60 g Wasser (Vergleichsmischung ohne Polyquat)

Zugfestigkeit von in 10×10×30 mm³ großen Zementprismen einge­ lagerten Glasseidenspinnfäden in Abhängigkeit von der Behandlungs­ zeit nach künstlicher Alterung bei 60°C und 100% relativer Luft­ feuchtigkeit:

Claims (2)

1. Faserarmiertes Verbundmaterial auf der Basis von Zement, Armie­ rungsfasern und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß darin, bezogen auf den Gesamtfeststoffge­ halt des Ausgangsgemischs, 0,005 bis 15,0 Ma.-% Polydimethyl­ diallylammoniumchlorid (Polyquat) mit einer Molmasse 20 000 enthalten sind.

2. Faserarmiertes Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Polyquatgehalt vorzugsweise 0,5 bis 5 Ma.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt, beträgt.