CH642339A5 - Faserverstaerktes, zementhaltiges produkt. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes, zementhaltiges Produkt gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist bekannt, Asbestfasern zur Verstärkung zementhal-tiger Produkte zu verwenden. Asbestfasern werden daher häufig bei der Herstellung von Dachbedeckungsplatten, die aus sogenanntem Asbestzement bestehen, verwendet. Die Verwendung von Asbestfasern bringt jedoch schwerwiegende, gesundheitliche Probleme mit sich, weil nämlich erkannt wurde, dass solche Fasern ernsthafte Erkrankungen des Atmungssystems verursachen können. Wegen dieser Gesundheitsprobleme ist die Verwendung von Asbestfasern in einigen Ländern verboten.

Es wurde vorgeschlagen, die Asbestfasern als Verstärkungsfasern zementhaltiger Produkte durch andere Fasernarten zu ersetzen, und zwar sowohl durch natürliche organische Fasern als auch durch synthetische Mineralfasern.

In einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag wurde ein faserverstärktes zementhaltiges Produkt vorgeschlagen, das eine zementhaltige Matrix und eine gleichmässig darin verteilte Mischung von Eukalyptusfasern und synthetischen Mineralfasern aufweist.

Während die allgemeinen Eigenschaften zementhaltiger, durch eine derartige Faser-Kombination verstärkter Produkte zufriedenstellend sind, besteht eine Notwendigkeit, die Zähigkeit von faserverstärkten Produkten zu vergrössern, um die Bruchgefahr bei der Handhabung der Produkte zu senken.

Ferner wäre es wünschenswert, die Früh-Festigkeit der faserverstärkten Produkte zu vergrössern, um die Produktionsrate erhöhen zu können.

Überraschenderweise wurde nun erkannt, dass die Zähigkeit verbessert und die Früh-Festigkeit erhöht werden kann, indem man Eukalyptusfasern des vorgängig erwähnten faserverstärkten Produkts Hanffasern ersetzt.

Die gestellte Aufgabe wird daher durch ein faserverstärktes, zementhaltiges Produkt gelöst, das gemäss der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet ist.

Das Gewichtsverhältnis zwischen Hanffasern und Mineralfasern ist vorzugsweise ungefähr 1:1 und der totale Anteil der Fasern vorzugsweise ungefähr 10% des Gesamtgewichts des faserverstärkten Produktes.

Der Anteil der Mineralfasern sollte vorzugsweise mindestens 5% des Gesamtgewichts des faserverstärkten Produktes betragen.

Der Anteil der Hanffasern liegt zweckmässigerweise zwischen 3 und 7 Gewichtsprozent. Falls der Anteil der Hanffasern ungefähr 3% beträgt, soll der Anteil der Mineralfasern vorzugsweise mindestens 7 Gewichtsprozent betragen.

Die Hanf- und Mineralfasern können auch in Kombination mit andern Arten natürlicher, organischer Fasern verwendet werden, beispielsweise auch Eukalyptusfasern.

Eine bevorzugte Kombination solcher Fasern weist

2.5 Gewichtsprozent Hanffasern, 2,5 Gewichtsprozent Eukalyptusfasern und 5 Gewichtsprozent Mineralfasern auf. Ein zementhaltiges Produkt, das durch eine derartige Kombination von Hanffasern, Eukalyptusfasern und Mineralfasern gebildet ist, hat ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften. Die Biegefestigkeit in der Herstellungsrichtung kann dann ungefähr 255 kp/cm2 und ungefähr 166 kp/cm2 quer zur Herstellungsrichtung betragen. Die Festigkeit ist also von ähnlicher Grösse wie diejenige zementhaltiger Produkte, die mit Asbestfasern verstärkt sind.

Die Dichte derartiger faserverstärkter Produkte ist jedoch im allgemeinen viel kleiner, nämlich typischerweise ungefähr 1,33 g/cm3, als diejenige von Asbestprodukten, die etwa

1.6 g/cm3 beträgt.

Es wird angenommen, dass die Vergrösserung der Festigkeit bei der Verwendung von Hanffasern anstelle von Eukalyptusfasern dadurch zustande kommt, dass Hanffasern normalerweise ziemlich lang sind. Hanffasern haben nämlich normalerweise eine Länge von 5-55 mm.

Die Verstärkungswirkung einer Kombination von Hanffasern mit Mineralfasern wurde mit derjenigen von Kombinationen von Eukalyptusfasern mit Mineralfasern in einer Reihe von Versuchen verglichen. Die Versuche wurden in der folgenden Weise durchgeführt:

Zellulosefasern wurden in 1 Liter Wasser dispergiert. 5 Liter zusätzliches Wasser und Steinwollefasern wurden zugeführt. Danach wurde die so erhaltene Mischung während 5 Minuten gerührt, bevor Portlandzement zugefügt wurde.

Nach 5-minutigem Rühren wurde ein Anteil von 4,2 ppm eines Polyelektrolyts («Reten 123 x») beigefügt. Das Rühren wurde dann noch 1 Minute fortgesetzt. Die Mischung wurde dann in eine Platten-Giessform gebracht, die ein Netz, das mit einem Blatt Filterpapier bedeckt ist, aufweist. Die Mischung wurde dann durch Saugen entwässert und die derart auf dem Filterpapier gebildete Schicht wurde bei zunehmendem Druck komprimiert (1 Minute bei 5 kp/cm2, 1 Minute bei 10 kp/cm2 und 1 Minute bei 15 kp/cm2).

Danach wurden 5 Lagen Filterpapier auf jeder Seite der so-gebildeten Faserzementplatte angeordnet, und die Platte wurde bei einem Druck von 60 kp/cm2 während zwei Minuten zusammengepresst.

Die derart gebildeten Platten wurden bei Raumtemperatur und einer relativen Feuchtigkeit von 100% gelagert und die Biegefestigkeit und Dichte wurden gemessen.

Die Zusammensetzung der untersuchten Proben mit einer Kombination von Mineralfasern und Hanffasern und ihre Eigenschaften sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.

Eine entsprechende Reihe von Versuchen, bei denen die Hanffasern durch Eukalyptusfasern ersetzt wurden, ist in der Tabelle 2 zusammengestellt.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

Tabelle 1

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Verstärkungsfasern Gemessene Biegefestigkeit nach Dichte g/cm3 Korrigierte Biegefestigkeit, basierend

Stein woll fasern Hanffasern 28-tägiger Lagerung auf einer Dichte von 1,7 g/cm3, kp/cm2

Gew. % Gew. % kp/cm2

1

2

146 ±11

1,55 ±0,03

176 ± 17

5

3

167 ±11

1,53 ±0,03

205 ±17

5

5

209 ±11

1,52 ±0,03

262 ±17

5

7

228 ±11

1,49 ±0,03

296 ±17

7

3

206 ±34

1,48 ±0,08

267 ±20

7

5

221 ±15

1,54 ±0,04

273 ±29

7

6

220 ±11

1,49 ±0,03

285 ±17

Tabelle 2

Verstärkungsfasern Gemessene Biegefestigkeit nach Dichte, g/cm3 Korrigierte Biegefestigkeit, basierend

Steinwollfasern Eukalyptusfasern 28-tägiger Lagerung auf einer Dichte von 1,7 g/cm3, kp/cm2

Gew. °'o Gew. % kp/cm2

5

2

110± 11

1,61 ±0,03

123 ±17

5

3

145 ±11

1,58 ±0,03

167 ±17

5

5

187 ± 11

1,55 ±0,03

224 ±17

5

7

206 ±11

1,50 ±0,03

265 ±17

7

3

140 ±14

1,55 ±0,03

169 ±20

7

5

160 ± 16

1,52 ±0,03

200 ±20

7

6

195 ± 11

1,52 ±0,03

245 ±17

Wie aus den Tabellen 1 und 2 hervorgeht, haben zement-haltige Produkte, die mit einer Kombination von Mineralfasern und Hanffasern verstärkt sind, eine wesentlich grössere Biegefestigkeit als Produkte, die mit einer Kombination von Mineralfasern und Eukalyptusfasern verstärkt sind.

Die faserverstärkten Produkte mit Hanffasern weisen eine ausgezeichnete Zähigkeit auf, die die Bruchgefahr bei der Handhabung und Verwendung auf ein Minimum reduziert. Daher sind derartige Produkte besonders gut für die Verwendung als Dachbedeckungsplatten geeignet, die Stösse und Schläge ohne Bruch ertragen sollten.

Die Zähigkeit von hanffaserhaltigen Produkten wurde mit derjenigen von eine Kombination von Mineralfasern und Eukalyptusfasern enthaltenden Produkten verglichen, indem die Flächen integriert wurden, die sich unter den Auslen-kungs-Kurven befinden. Diese Kurven wurden durch Auslenken der Probekörper ermittelt, die einenends gehalten wurden und bis zum Erreichen der Bruchlast mit einer wachsenden Last belastet wurden.

Die derart ermittelte Zähigkeit entspricht der Arbeit, die zum Verursachen eines Bruches notwendig ist.

Bei der Untersuchung verschiedener Produkte wurde gefunden, dass die Arbeit zum Verursachen eines Bruches bei einem Produkt mit 3% Hanffasern und 5% Mineralfasern 13,3 Mal höher ist als diejenige zum Verursachen des Bruches eines unverstärkten Zementproduktes. Der entsprechende Faktor für ein Produkt mit 5% Hanffasern und 5% Mineralfasern beträgt 15,5. Der bei der Untersuchungeines Produktes mit 5% Eukalyptusfasern und 5% Mineralfasern ermittelte Faktor ist 7,7. Es ist also offensichtlich, dass auch die Zähigkeit von zementhaltigen Produkten mit Hanffasern und Mineralfasern grösser ist als die Zähigkeit von zementhaltigen Produkten mit einer Kombination von Eukalyptus- und Mineralfasern.

Die Früh-Festigkeit von Produkten mit einer Kombination von Hanffasern und synthetischen Mineralfasern wurde untersucht, indem gegossene Probekörper mit einer Länge von 18 cm kurz nach der Herausnahme aus der Giessform an ihren einen Enden unterstützt wurden und zur Messung ihrer Auslenkung mit einer gegebenen Last belastet wurden.

Die dabei erhaltenen Daten sind in der Tabelle 3 zusammengestellt.

Tabelle 3 Auslenkungsversuche

Auslenkung in cm

2,55

2,25

1,75 1,75

Bei allen %-Angaben handelt es sich um % des Gesamtgewichts.

Wie aus der Tabelle 3 hervorgeht, nimmt die Früh-Festigkeit zu, wenn die Eukalyptusfasern durch Hanffasern ersetzt werden. Wenn nur 1% Hanffasern anstelle von Eukalyptusfasern verwendet wird, ist die Früh-Festigkeit von ähnlicher Grösse, wie diejenige mit Asbest verstärkter Produkte.

Bei den zusätzlich zu den Hanffasern in den Produkten enthaltenen synthetischen Mineralfasern handelt es sich vorzugsweise um Steinwoll- oder Schlackenwollfasern.

Ein erfindungsgemässes Produkt mit einer zementhaltigen Matrix und einer drei bis dreizehn Prozent des Gesamtgewichtes des Produktes betragenden Kombination von Hanffasern und synthetischen Mineralfasern weist also eine verhältnismässig hohe Zähigkeit und Früh-Festigkeit auf.

40 Faserverstärkung

5% Mineralfasern + 5% Eukalyptusfasern 5% Mineralfasern + 4,5% Eukalyptusfasern + 0,5% Hanffasern 45 5% Mineralfasern + 4% Eukalyptusfasern +1% Hanffasern 10% Asbestfasern

Claims (6)

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1. Faserverstärktes, zementhaltiges Produkt mit einer zementhaltigen Matrix, mit der eine Kombination von natürlichen, organischen Fasern und synthetischen Mineralfasern vereinigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass es drei bis dreizehn Prozent des Gesamtgewichts des Produkts einer Kombination von Hanffasern und synthetischen Mineralfasern enthält.

2. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis zwischen Hanffasern und Mineralfasern ungefähr 1:1 ist und dass der Gesamtanteil von Hanf- und Mineralfasern ungefähr 10 Prozent des Gesamtgewichts des Produkts beträgt.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens 5 Gewichtsprozent Mineralfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, enthält.

4. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Hanffasern 3-7 Prozent des Gesamtgewichts des Produkts beträgt.

5. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es noch eine andere Art natürlicher, organischer Fasern aufweist.

6. Produkt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es noch Eukalyptus-Fasern aufweist.