DE3005288A1 - Faserverstaerktes zementerzeugnis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein faserverstärktes Zement-» erzeugnis, welches eine zementartige Grundmasse aufweist, in welchem ein Gemisch aus natürlichen organischen Pasern und synthetischen Mineralfasern eingebracht ist.

Es ist allgemein bekannt, zur Verstärkung von Zementerzeugnissen Asbestfasern zu benutzen. Demgemäß werden Asbestfasern in großem Umfange bei der Herstellung von Dachpfannen verwendet, die aus sogenanntem Asbestzement hergestellt sind. Bei der Verwendung von Asbestfasern ergeben sich jedoch ernste Gesundheitsprobleme, denn es wurde herausgefunden, daß derartige Fasern ernsthafte Krankheiten im Atmungssystem verursachen können. Als Folge dieser Gesundheitsprobleme ist die Verwendung von Asbestfasern in einigen Ländern untersagt worden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Asbestfasern als Verstärkungs-

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fasern in Zementerzeugnissen durch andere Arten von Fasern zu ersetzen, welche sowohl natürliche organische Fasern als auch synthetische Mineralfasern enthalten.

In einer älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 29 40 623.3 ist ein faserverstärktes Zementerzeugnis beschrieben, welches eine zementartige Grundmasse aufweist, in welchem gleichmäßig verteilt eine Mischung von Eukalyptus-Fasern und synthetischen Mineralfasern enthalten ist.

Während die Eigenschaften derartiger faserverstärkter Zementerzeugnisse durch eine solche Kombination mit Fasern im allgemeinen zufriedenstellend sind, besteht jedoch die Notwendigkeit, die Zähigkeit der faserverstärkten Erzeugnisse zu verbessern, um die Gefahr zu vermindern, daß die Erzeugnisse während der Handhabung brechen oder reißen.

Weiterhin ist es wünschenswert, die Festigkeitseigenschaften des faserverstärkten Erzeugnisses zu erhöhen, um den Wirkungsgrad bei der Fertigung erhöhen zu können.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein faserverstärktes Zementerzeugnis zu schaffen, welches einmal keine gesundheitlichen Schäden zur Folge hat, welches andererseits große Festigkeitseigenschaften, insbesondere eine große Biegefestigkeit, besitzt, und welches einfach hergestellt werden kann.

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Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine wesentliche Verbesserung der Zähigkeit und der Festigkeitseigenschaften, insbesondere der Biegefestigkeit, dadurch erreicht werden kann, daß Eukalyptusfasern bei dem nach der älteren Anmeldung vorgeschlagenen faserverstärkten Erzeugnis durch Hanffasern ersetzt werden.

Demgemäß wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Gehalt von 3 bis 13 Gewichtsprozent einer Mischung von Hanffasern und synthetischen Mineralfasern.

Das Gewichtsverhältnis von Hanffasern zu Mineralfasern beträgt vorzugsweise etwa 1 : 1, und der Gesamtgehalt an Fasern beläuft sich vorteilhafterweise auf etwa 10 Prozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des faserverstärkten Erzeugnisses.

Die Mineralfasern sollen vorzugsweise wenigstens 5 Prozent des Gesamtgewichtes des faserverstärkten Erzeugnisses ausmachen ·

Der Anteil an Hanffasern soll vorzugsweise in den Bereich von 3 bis 7 Gewichtsprozent fallen. Für den Fall, daß die Hanffasern etwa 3 Prozent ausmachen, soll der Anteil an Mineralfasern vorzugsweise etwa 7 Gewichtsprozent ausmachen.

Die Hanf- und Mineralfasern können auch in Kombination mit

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anderen Arten bzw. Typen von natürlichen organischen Fasern, z.B. Eukalyptus-Fasern, Verwendung finden.

Eine bevorzugte Kombination solcher Fasern besteht aus 2,5 Prozent Hanf fasern, 2,5 Prozent Eukalyptus-Fas em und 5 Prozent Mineralfasern. Ein Zementerzeugnis, welches mit einer Korabination von Hanffasern, Eukalyptus-Fasern und Mineralfasern verstärkt ist, besitzt ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften, beispielsweise eine Biegefestigkeit von etwa

2 2

255 kg/cm in Herstellungsrichtung und etwa 166 kg/cm in Richtung des Querschnittes hierzu. Somit sind die Festigkeitseigenschaften in der gleichen Größenordnung wie bei Zementprodukten, die mit Asbestfasern verstärkt sind.

Andererseits ist die Dichtigkeit eines solchen faserverstärkten Erzeugnisses wesentlich niedriger, beträgt beispielsweise 1,33 g/cm , verglichen mit Asbesterzeugnissen, deren Dichte bei 1,6 g/cm liegt.

Es wird angenommen, daß die Verbesserung der Festigkeitseigenschaften, die durch Verwendung von Hanffasern anstelle von Eukalyptusfasern gewonnen wird, auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß Hanffasern gewöhnlich verhältnismäßig lang sind. Hanffasern besitzen normalerweise eine Länge von 5 bis 55 nun.

Der Verstärkungseffekt einer Kombination von Hanffasern und

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Mineralfasern wurde verglichen mit Kombinationen von Eukalyptusfasern und Mineralfasern. Dazu wurden Versuchsreihen ausgeführt,

Die Versuche wurden auf folgende Weise durchgeführt:

Zellulosefasern wurden in einem Liter Wasser dispergiert bzw. gleichmäßig verteilt, und es wurden dann 5 Liter zusätzliches Wasser und Steinwollfasern zugegeben. Anschließend wurde die so erhaltene Mischung fünf Minuten lang umgerührt, bevor Portlandzement zugegeben wurde.

Nach dem fünf Minuten langen Umrühren wurde ein Polyelektrolyt ("Reten 123x") beigegeben, und zwar in einer Menge von 4,2 ppm. Das Umrühren wurde für die Dauer einer weiteren Minute fortgesetzt, und die Mischung wurde dann auf ein Blattbildungselement überführt, dessen Netz mit Filtrierpapier bedeckt war. Nach Entwässern der Mischung durch Absaugung wurde die auf dem Filterpapier gebildete Schicht unter ansteigendem Druck (1 min.

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bei 5 kp/cm , 1 min. bei 10 kp/cm und 1 min. bei 15 kp/cm )

gepreßt.

Anschließend wurden fünf Blatt Filterpapier an jeder Seite der hergestellten Faserzementplatte angeordnet, und die Platte wurde dann für die Dauer von zwei Minuten unter einem Druck

2 von 60 kp/cm gepreßt.

Die in dieser Weise hergestellten Platten wurden daraufhin bei Raumtemperatur und einer relativen Luftfeuchtigkeit von

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100% gelagert, bis ihre Biegefestigkeit und Dichte gemessen wurde.

Die Zusammensetzung der geprüften Faserzementproben, die einen Anteil von Mineralfasern und Hanffasern enthalten, sowie deren Eigenschaften können der nachfolgenden Tabelle I entnommen werden.

Eine ähnliche Versuchsreihe, in welcher die Hanffasern durch Eukalyptusfasern ersetzt sind, ergab Versuchswerte, die in der Tabelle II aufgeführt sind.

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Tabelle I

VerstKrkungsfasern

Steinwollfasern

Hanffasern

gemessene Biegefestigkeit nach lagerung von 28 Tagen

kg/cm

Dichte g/cnr

Korrigierte Biegefestigkeit, bei einer Dichte von 1,7 g/cm3

kg/cm

	1
O
CO	5
O
Cd	5
CO
CO >s,	VJI
O
CO	7
CO
O	7
	7

2 3 5 7 3 5 6

146 + 11 167 + Il 209 + 11 228 + 11 206 ■»· 34 221 + 15 220 + 11

1.55	+ 0.03
1.53	+ 0.03
1.52	+ 0.03
1,49	+ 0.03
1.48	+ 0.08
1.54	+ 0.04
1.49	+ 0.03

176 + 17
205 + 17
262 + 17
296 + 17
267 + 20
273 i 29
285 + 17

NO OO OD

Tabelle II

Verstärkungsfasern Steinwollfasern Eukalyptusfasern

gemessene Biegefestigkeit nach Lagerung von 28 Tagen

2 kg/cm

Dichte g/cnr

Korrigierte Biegefestigkeit , bei einer Dichte von 1,7 g/cm3

kg/cm

	5
O
co	5
O
O	5
co
cn	VJl
O
cn	7
co
O	7
	7

3 5 7 3 5 6

110 + 11

187 + 11 206 + 11

lAtO + Ik

160 +16 195 + 11

1.61 + 0.03 1.58 + 0.03 1.55 + 0.03 1.50 + 0.03 1.55 + 0.03 1.52 + 0.03 1.52 + 0.03

123 + 167 + 224 + 265 + I69 + 200 + +

CO CD CD

Wie aus den Tabellen I und II ersichtlich ist, haben die Zementerzeugnisse, die durch eine Kombination von Mineralfasern und Hanffasern verstärkt sind, eine Biegefestigkeit, die weit höher liegt als diejenige der Erzeugnisse, welche mit einer Kombination von Mineralfasern und Eukalyptusfasern verstärkt sind.

Die faserverstärkten Erzeugnisse gemäß der Erfindung weisen eine ausgezeichnete Zähigkeit und Festigkeit auf, wodurch die Gefahr des Zerbrechens während der Handhabung und des Gebrauches der Erzeugnisse wesentlich herabgesetzt wird.· Solche Erzeugnisse sind daher besonders geeignet für die Benutzung als Dachplatten bzw. Dachpfannen, weil sie imstande sind, Stürmen und sonstigen Beanspruchungen, auch mechanischen Beanspruchungen, standzuhalten, ohne zu brechen.

Die Zähigkeit der erfindungsgemäßen Erzeugnisse wurde mit derjenigen von Erzeugnissen verglichen, die mit einer Kombination aus Mineralfasern und Eukalyptusfasern verstärkt worden sind, und zwar durch Integration und Ergänzung des Bereiches unterhalb der Biegekurven, die aus den Messungen der Biegung von Proben gewonnen werden, die mit ihren Enden aufliegend unterstützt werden und die ansteigenden Belastungen ausgesetzt werden, bis zu einer Last, bei der die Proben brechen.

Die so bestimmte Zähigkeit entspricht der verlangten Zerbrechungsarbeit.

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Bei Versuchen an verschiedenen Erzeugnissen wurde festgestellt, daß die Zerbrechungsarbeit bei einem verstärkten Erzeugnis, welches 3% Hanffasern und 5% Mineralfasern enthält, um 13_r3 höher ist als die Zerbrechungsarbeit eines nicht verstärkten Zementerzeugnisses. Der entsprechende Faktor für ein Erzeugnis, welches 5% Hanffasern und 5% Mineralfasern enthält, beträgt 15,5. Der entsprechende Faktor, der bei einem Produkt festgestellt wurde, welches 5% Eukalyptusfasern und 5% Mineralfasern enthält, beträgt 7,7. Daraus ergibt sich der Beweis, daß auch die Zähigkeit der erfindungsgemäßen Erzeugnisse
wesentlich größer, ist als diejenige von Zementerzeugnissen, die eine Kombination von Eukalyptusfasern und Mineralfasern enthalten.

Die Festigkeit der erfindungsgemäßen Erzeugnisse wurde
mittels Versuchen gemessen, wobei geformte Proben mit einer Länge von 18 cm, die an ihren Enden abgestützt sind, einer
Last unterworfen wurden, und zwar kurz nach der Herausnahme der Proben aus den Formen. Dabei wurde dann die Biegung
gemessen.

Die erhaltenen Meßwerte sind in der Tabelle III zusammengestellt.

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- yt -

Tabelle III

Biegungsversuche

Faserverstärkung

Biegung, cm

5% Mineralfasern + 5% Eukalyptusfasern

5% Mineralfasern + 4.5% Eukalyptusfasern +0,5% Hanffasern

5% Mineralfasern + 4% Eukalyptusfasern + 1% Hanffasern

10% Asbestfasern

2,55 2,25

1,75 1, 75

Wie aus Tabelle III hervorgeht, steigen die Festigkeitswerte an, wenn Eukalyptusfasern durch Hanffasern ersetzt werden,und wenn nur 1% an Hanffasern verwendet werden anstelle von Eukalyptusfasern, sind die Festigkeitswerte in der gleichen Größenordnung wie bei asbestverstärkten Erzeugnissen.

Die synthetischen Mineralwollfasern, die in dem erfindungsgemäßen Erzeugnis Verwendung finden, bestehen vorzugsweise aus Steinwollfasern oder Schlackenwollfasern.

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Claims (6)

1. Patentansprüche;

   J. Faserverstärktes Zementerzeugnis, welches eine zementartige Grundmasse aufweist, in welchem ein Gemisch aus natürlichen organischen Fasern und synthetischen Mineralfasern eingebracht ist,

   gekennzeichnet durch einen Gehalt von 3 bis 13 Gewichtsprozent einer Mischung von Hanffasern und synthetischen Mineralfasern.
2. 2. Faserverstärktes Zementerzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Gewichtsverhaitnis von Hanffasern zu Mineralfasern etwa 1 : 1 beträgt, und daß der Gesamtgehalt von Hanf- und Mineralfasern etwa 10 Gewichtsprozent ausmacht«
3. 3. Faserverstärktes Zementerzeugnis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Gehalt von mindestens 5 % Mineralfasern.
4. 4. Faserverstärktes Zementerzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Anteil an Hanffasern von 3 bis 7 Gewichtsprozent beträgt.
5. 5. Faserverstärktes Zementerzeugnis,

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   dadurch gekennzeichnet,

   daß eine weitere Art von natürlichen organischen Fasern

   enthalten ist.
6. 6. Faserverstärktes Zementerzeugnis nach Anspruch 5,

   gekennzeichnet durch den zusätzlichen Gehalt von Eukalyptus-Fasern.

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