DE69810155T2 - Verfahren zur Behandlung von faserverstärkten durchtränkten Zementplatten - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gewellten Folien, bei denen Fasern von Cellulose, Polyacrylnitril, Polypropylen, Kohlenstoff oder einer anderen organischen und anorganischen Art in einer Zementmatrix dispergiert sind. Diese flachen oder gewellten Folien, gerade oder gebogen, können zusätzlich mit Drähten, Streifen oder Bändern verstärkt sein, die longitudinal in der faserverstärkten Zementmatrix eingebettet sind, Sie werden zur Abdeckung von Dächern, für abgehängte Decken und zur Verkleidung von Außen- und Innenwänden von Gebäuden verwendet. Gegenwärtig existieren verschiedene bekannte Produktionstechniken wie das Hatschek-, Magnani-, Mazza- oder Netcem mit Retiflex-Verfahren [R. N. Swamy; "Natural Fiber Reinforced Cement and Concrete", Blackie Academic and Professional, UK (1989); R. N. Swamy and B. Barr, "Fiber Reinforced Cements and Concretes: Recent Developments", E and FN Spon, UK (1989)].
• Die Schritte in einem üblicherweise für die Herstellung von faserverstärkten Folien beschriebenes Verfahren werden im folgenden beschrieben:
• a) Mischen und Dispergieren der Rohmaterialien (Zement, Puzzolan- Materialien und Fasern) in Wasser, um eine dichte Aufschlämmung herzustellen (1200 g/l,), zu der Wasser gegeben wird, um eine verdünnte wässrige Suspension zu erhalten (1010 bis 1020 g/l,);
• b) Aufnahme der wässrigen Suspension auf einem Filzband (in einem geschlossenen Kreislauf zur Entfernung des größten Teils des Wassers, bekannt als "Entwässerung") und Bildung einer Rohfolie aus faserverstärkter Zementpaste, die dann mit Hilfe des Kontrastes zwischen der Hauptwalze und der Formwalze der Folienmaschine gepresst wird, bis die Rohfolie mit einer Dicke von etwa 6 bis 7 mm mit einer Restfeuchtigkeit von etwa 30% erhalten wird;
• c) Schneiden der flachen Rohfolie in die gewünschten kommerziellen Dimensionen, Wellen davon, um eine Wellfolie zu erhalten, und Aufbringen der Rohfolie zwischen Metallformen, die zuvor mit Trennöl behandelt wurden;
• d) Wärmebehandlung bei 40 bis 60ºC (während 10 bis 12 Stunden) eines Stapels von zwischen Metallformen angeordneten Folien, um die Härtung des Materials zu begünstigen;
• e) Behandlung der gehärteten Wellfolien und Beginn der Endbehandlung (bei Raumtemperatur oder in einem Autoklaven bei etwa 160ºC), um die erforderlichen Festigkeitswerte zu erzielen.
• Auf der Basis der am Ende des Verfahrens erzielten Festigkeitswerte - und insbesondere der Biegelast bis zum Bruch - können die Wellfolien im Hinblick auf ihre Erfüllung der Standards und kommerziellen Eigenschaften klassifiziert werden. Tabelle 1 zeigt beispielsweise die verschiedenen Typen der (in Übereinstimmung mit dem europäischen Standard EN 494) klassifizierten Folien nach Kategorie (in Bezug auf die Höhe der Wellung) und nach Klasse (auf der Basis der Biegelast bis zum Bruch, ausgedrückt als N pro Meter Breite, angewendet auf eine Länge von 1,1 m). Die Grenzwerte der Biegelast bis zum Bruch, die in Tabelle 1 gezeigt sind, betreffend Folien, die vor der Durchführung des Biegelasttests während 24 Stunden in Wasser getaucht wurden. Beispielsweise gehören die Folien der Kategorie C (mit einer Wellhöhe von zwischen 40 und 80 mm) zur Klasse 1 oder Klasse 2 in Abhängigkeit davon, ob die Bruchlast 4250 bzw. 3500 N/m übersteigt, während sie als nicht dem Standard entsprechend angesehen werden, wenn die Bruchlast geringer ist als 3500 N/m. Tabelle 1 - Kategorie und Klasse von faserverstärkten Folien in Übereinstimmung mit dem europäischen Standard EN 494
• Ein zweites Erfordernis, das genauso wichtig ist wie die Festigkeit, betrifft die Leistung der Folie als Antwort auf die thermo-hygrometrische Variation während der Verwendung. Zu diesem Zweck fordert derselbe europäische Standard EN 494 die Überprüfung des Zustands der Folien - die unbeschädigt und ohne Sprünge oder weitere Defekte sein müssen - am Ende von 50 thermo- hygrometrischen Zyklen (Wärme-Regen-Tests). Jeder Zyklus, der b Stunden dauert, umfasst:
• - Beregnen, in Form von atomisiertem Wasser - bei Raumtemperatur während 2 Stunden 50 Minuten;
• - Pause von 10 Minuten;
• - Wärmebehandlung (während 2 Stunden 50 Minuten), die die Bestrahlung mit Sonnenlicht simuliert, in Form von Erwärmen mit Lampen, so dass die Temperatur bei 70ºC gehalten wird;
• - Pause von 10 Minuten,
• Aufgrund dieser thermo-hygrometrischen Variationen erleiden die Folien Biegedeformationen (Deflektion) in der Mitte, die in einigen Fällen in Versagen resultieren, insbesondere wenn die Folien dem Wärme-Regen-Test in den maximalen kommerziellen Dimensionen unterzogen werden, in denen sie hergestellt und verkauft werden (z. B. 3050 · 1100 mm), ohne dass sie zuerst auf Teststücke mit kleinerer Größe verkleinert wurden.
• Es existiert eine Beziehung von umgekehrt proportionaler Natur zwischen der Festigkeit einerseits und der Leistung als Antwort auf die thermo- hygrometrischen Variationen andererseits. In der Tat ist die Leistung der Folie während des Wärme-Regen-Tests umso schlechter, je größer die Festigkeit ist.
• Diese unerwünschte Beziehung (dahingehend, dass sie die Herstellung von Folie verhindert, die nicht nur gute mechanische Eigenschaften haben, sondern die auch dauerhaft sind, wenn sie während der Verwendung Umwelteinflüssen ausgesetzt sind) beruht wahrscheinlich auf der übermäßigen Rigidität, die üblicherweise die hohe Festigkeit der Zementmaterialien begleitet und die verantwortlich ist für das Brechen der Folien im Anschluß an übermäßige Biegedeformation im Wärme-Regen-Test.
• Falls in der Praxis die Festigkeit erhöht wird, um die Widerstandsklasse zu erhöhen (von C2 zu C1 in Tabelle 1) verschlechtert sich die Leistung im Wärme- Regen-Test (resultierend in einer Verminderung der Anzahl der thermo- hygrometrischen Zyklen, denen die Folie widerstehen kann, bevor sie aufgrund der Biegedeformationen bricht).
• Es wurde nun überraschenderweise entdeckt, dass das oben beschriebene Verfahren die Verbesserung der thermo-hygrometrischen Resistenz der faserverstärkten Zementfolien ermöglicht, ohne die Festigkeit negativ zu beeinflussen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in der Durchführung einer Oberflächenbehandlung der Rohfolien aus faserverstärkter Zementpaste, die noch mit Wasser gesättigt ist und kurz zuvor auf die Metallformen aufgebracht wurde, mit einer Silanlösung.
• Das erfindungsgemäße Silan hat die folgende allgemeine Formel (I):
• R-Si(OR')&sub3; (I)
• wobei
• R eine Alkylgruppe CnH2n+1 ist, wobei n = ganze Zahl zwischen 1 und 10;
• R' CmH2m+1 mit m = 1, 2, 3 ist; kann in einem organischen Lösungsmittel gelöst sein, beispielsweise Propylalkohol oder Aceton, in Wasser oder in Mischungen der beiden, obwohl Wasser bevorzugt ist, da es die Anwesenheit von organischen Dämpfen am Anwendungsort reduziert.
• Das Silan wird bevorzugt in Mengen von mehr als 1 g pro m² der Folie verwendet, bevorzugter in Mengen von 5 g/m².
• Mit größeren Mengen werden keine weiteren Vorteile bei der Leistung während des Wärme-Regen-Tests beobachtet. Die faserverstärkten Folien, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können, sind diejenigen, die unter Verwendung der Hatschek-, Magnani-, Mazza-, Netcem- oder Retiflex-Techniken oder einer anderen Technologie produziert werden, die Bearbeitung bei Raumtemperatur oder höheren Temperaturen beinhalten.
• Die Silanlösung kann durch Bürste, Walze oder Spray auf der frisch gebildeten Rohfolie aufgetragen werden, die mit Wasser gesättigt ist und noch nicht gehärtet ist.
• Nach Aufbringung des Silans wird die Rohfolie gehärtet. Im Anschluß an diese Behandlung ist die Dauerhaftigkeit der gehärteten Folien signifikant verbessert (ausgedrückt als bessere Leistung als Antwort auf thermo- hygrometrische Variationen), ohne dass irgend welche negativen Konsequenzen auf die Festigkeit auftreten.
• Der besonders überraschende Aspekt der Erfindung besteht in der Tatsache, dass üblicherweise die hydrophoben Produkte auf trockene Substraten aufgebracht werden (Ziegel, Steine, Mörtel), um das Eindringen dieser Produkte mit Hilfe von Absorption in die leeren Poren der Substrate selbst zu ermöglichen. Der Vorteil, die hydrophobe Behandlung auf den noch mit Wasser gesättigten Materialien durchzuführen, ist offensichtlich und evident.
Kurze Beschreibung der Figuren
• Zwei typische Reaktionen einer Folie mit Silan (Fig. 1) und ohne Silan (Fig. 2) sind im folgenden dargestellt.
• Fig. 1: Deformation im Wärme-Regen-Test als Funktion der hygrothermischen Zyklen (Folie mit Silan). Die Abwesenheit von Sprüngen wird bemekt.
• Fig. 2: Deformation im Wärme-Regen-Test als Funktion der hygrothermischen Zyklen (Folie ohne Silan). Es wird bemerkt, dass nach dem elften Zyklus die Folie bricht und Biegedeformationen signifikant vermindert werden.
• Das folgende Beispiel zeigt einen Vergleich zwischen der mechanischen Festigkeit und der Beständigkeit im Wärme-Regen-Test von Folien, die mit einem bekannten Verfahren und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden.
Beispiel
• Durch die folgenden Zusammensetzungs- und Verfahrensparameter charakterisierte Folien wurden in einer Fabrik basierend auf dem Hatschek- Verfahren hergestellt:
• - Puzzolan-Zement Typ CE IV/A R = 73%
• - Siliziumoxid-Staub = 15%
• - langfaserige Cellulosefasern (Kiefersulfat) = 3%
• - kurzfaserige Cellulosefasern (Eukalyptus-Sulfat) = 9%
• Die oben genannte Mischung wurde in Wasser dispergiert, um eine dichte Aufschlämmung zu erhalten (1200 g/l,) und dann mit Hilfe von weiterer Zugabe von Wasser in eine verdünnte Suspension umgewandelt (1015 g/l,).
• Einfache Schichten wurde mit Hilfe von Filtration auf ein Band aufgenommen und gepresst (60 kg/cm), bis flache Rohfolien mit Dicken von 6,5 mm und mit einem Wassergehalt von 30% erhalten wurden. Die gewellten Rohfolien, die auf Metallformen aufgebracht wurden, wurden bei 60ºC (während 12 Stunden) im Inneren eines mit heißer Luft beheizten Tunnels thermisch behandelt, bis gehärtete Wellfolien erhalten wurden.
• Die gehärteten Folien (Dicke 6,5 mm, Breite 1100 mm, Länge 2440 mm, 60 mm Wellhöhe) würden einer Dampfhärtung in einem Autoklaven (160ºC) während 10 Stunden unterzogen und dann auf Raumtemperatur gekühlt.
• Am Ende des Autoklaven-Verfahrens wurden 10 dieser Folien einem Test der mechanischen Festigkeit (Biegelast wie in Tabelle 1 angegeben) unterzogen und weitere 10 wurden dem oben beschriebenen Wärme-Regen- Test unterzogen.
• Die Ergebnisse der Festigkeits- und Wärme-Regen-Tests (in Übereinstimmung mit dem europäischen Standard EN 494) sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 - Festigkeit (Biegelast) und Wärme-Regen-Test-Zyklen der im Beispiel hergestellten Folien (ohne Silan)
• Die Daten in der Tabelle zeigen, dass die hergestellten Folien die Festigkeitserfordernisse für Klasse 1 (> 4250 N/m) in Kategorie C (Wellhöhe 40 bis 80 mm) erfüllen, dass sie aber zu brüchig sind und daher den Wärme- Regen-Test nicht bestehen (Anzahl der Zyklen = 9,4 < 50). Der Mittelwert der Biegelast ist 5020 N/m, während der Mittelwert der Zyklen im Wärme-Regen-Test 9,4 beträgt.
• Dieselben Typen von Folien (als Zusammensetzungs- und Verfahrensparameter), die im Beispiel beschrieben sind, wurden hergestellt mit der einzigen Ausnahme, dass verschiedene Lösungen von Silan auf die Rohfolie kurz nach der Wellung aufgebracht wurden (in einer Menge, die zwischen 1 und 20 g aktives Produkt pro m² Oberfläche variierten). Silane mit der Formel (I) wurden verwendet:
• R-Si(OR')&sub3; (I)
• wobei Verbindung a: R' = CH&sub3;, R = C&sub3;H&sub7;
• Verbindung b: R' = CH&sub3;, R = C&sub4;H&sub9;
• Verbindung c: R' = CH&sub3;, R = C&sub8;H&sub1;&sub7;
• Verbindung d: R' = C&sub2;H&sub5;, R = C&sub3;H&sub7;
• Die Verbindungen a bis d wurden in Wasser, Isopropylalkohol und Aceton bei einer Konzentration von 10% gelöst.
• Tabelle 3 zeigt die mittlere Festigkeit und die Wärme-Regen-Test- Zykluswerte für die verschiedenen Typen von Silan und für die verschiedenen Konzentrationen der Lösungen. Verglichen mit den unbehandelten Folien haben die mit Silan behandelten Folien keine Festigkeitswerte, die signifikant unterschiedlich sind. Es kann jedoch festgestellt werden, dass ein Gehalt an aktivem Silan von mehr als 1 g/m² bereits ausreicht, um die Leistung in Wärme- Regen-Tests zu verbessern (Anzahl der Zyklen), verglichen mit den unbehandelten Folien (36,8 gegen 9,4). Die besten Ergebnisse werden jedoch mit einer Menge von Silan von mindestens 5 g pro m² Folie erzielt. Mit größeren Mengen des Silans wird kein weiterer Vorteil der Leistung während des Wärme-Regen-Tests festgestellt. Tabelle 3 - Festigkeit (Biegelast) und Leistung im Wärme-Regen-Test der mit Silan behandelten Folien

Claims (7)

1. Verfahren zur Behandlung von faserverstärkten Zementfolien, dadurch charakterisiert, dass eine organische oder wässrige Lösung eines Silans mit der allgemeinen Formel (I):

R-Si(OR')&sub3; (I)

wobei R eine Alkylgruppe CnH2n+1 ist, wobei r eine ganze Zahl zwischen (oder gleich) 1 und 10 ist, und R' CmH2m+1 ist, wobei m = 1, 2, 3 ist, auf die mit Wasser gesättigten Rohfolien aus faserverstärktem Zementleim aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch charakterisiert, dass die zum Lösen des Silans verwendeten Lösungsmittel aus der Wasser, Propylalkohol, Aceton und Mischungen davon umfassenden Gruppe ausgewählt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch charakterisiert, dass das Silan in Mengen von mehr als 1 g pro m² Folie verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch charakterisiert, dass diese Menge 5 g/m² beträgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch charakterisiert, dass die Lösung durch Bürsten, Walzen oder Sprühen auf die mit Wasser gesättigte Rohfolie aufgetragen wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch charakterisiert, dass die Verbindungen mit der Formel (I) aus der Gruppe ausgewählt werden, welche umfasst:

R' =CH&sub3;, R = C&sub3;H&sub7;

R' = CH&sub3;, R = C&sub4;H&sub9;

iii R' = CH&sub3;, R = C&sub8;H&sub1;&sub7;

iv R' = C&sub2;H&sub5;, R = C&sub3;H&sub7;.

7. Verwendung einer Lösung eines Silans mit der Formel (i) zur Behandlung von faserverstärkten Zementfolien.