DE2037910C3 - Alkalirestistente, ZrO2-haltige Glasfasern zur Verstärkung von Zementprodukten und ihre Verwendung - Google Patents

Alkalirestistente, ZrO2-haltige Glasfasern zur Verstärkung von Zementprodukten und ihre Verwendung

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Description

SiO2 62 bis 75
ZrO2 7 bis U
R2O 13 bis 23
RO 1 bis 10
Al2O3 Obis 4
B2O3 O bis 6
Fe2O3 Obis 5
F2 Obis 2
TiO2 Obis 4
10
15
worin R2O Na2O, von dem bis zu 2 Mol-% durch Li2O ersetzt sein kann, und RO ein Erdalkalioxid, Zinkoxid (ZnO) oder Manganoxid (MnO) ist.
2. Glasfasern nach Anspruch 1, dadurch gekenn2* zeichnet, daß der Anteil von SiO2-J-ZrO2+'/2 Al2O3 weniger als 84,5 Mol-% beträgt
3. Glasfasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Alkalimetalloxidanteil aus Na2O besteht und der Anteil von SiO2+ZrO2+ '/2 Al2O3 bei einem Gehalt von 7 Mol-% ZrO2 weniger als 81 Mol-% ist und so bei einem Gehalt von 11 Mol-% ZrO2 nicht unter 78,5 Mol-% fällt.
4. Glasfasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalimetalloxidanteil aus Na2O und bis zu 2 Mol-% Li2O besteht und der Anteil von ^iO2+ZrO2+'/2 Al2O3 bei einem Anteil von 7 Mol-% ZrO2 weniger als 82,5 Mol-% ist und er bei 11 Mol-% ZrO2 nicht unter 80 Mol-% fällt
5. Glasfasern nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der RO-Anteil aus 2 bis 8 Mol-% CaO besteht
6. Glasfasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Mol-%:
SiO2 69 bis 70
ZrO2 9,5
Na2O 14,5 bis 15,5
Li2O 2
CaO 2 bis 4
F2 O bis 1
TiO2 2
7. Verwendung von Glasfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verstärkung von wasserhaltigern Zement
8. Verwendung nach Anspruch 7 mit einem Anteil von 4,9 bis 5,1 Gew.-% Glasfasern in wasserhaltigem Zement
55
Die Erfindung bezieht sich auf alkaliresistente, ZrO2-haltige Glasfasern zur Verstärkung von Zementprodukten und ihre Verwendung.
Es ist bekannt, daß Glasfasern zur Verstärkung von Zement alkaliresistent sein müssen, da die wesentlichen alkalischen Eigenschaften von Zementen, insbesondere üblichem Portlandzement, ein Angreifen der Glasfasern unter Verringerung ihrer Festigkeit nach kurzer Zeit veranlassen würden. Es wird daher Zirkonoxid enthaltendes Glas für diese Zwecke verwendet.
Für ein einwandfreies und wirtschaftliches Ziehen
von Glasfasern sind indessen weitere Faktoren von Bedeutung, wie vor allem die physikalischen Eigenschaften des Glases, die es für das Ziehen besonders geeignet machen. Im einzelnen muß beim Ziehen aus einer Platindüse die Temperatur des Glases so hoch sein, daß seine Viskosität etwa 103 Poises beträgt Zirkonoxid wirkt aber im Sinne einer Erhöhung der Viskosität, so daß bisher hohe Ziehtemperaturen von 1450 bis 15000C erforderlich sind. Bei diesen Temperaturen ist aber die Lebenszeit der Platindüse wesentlich verkürzt
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Ziehen bei Temperaturen von höchstens 13200C zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch Glasfasern mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Zusammensetzung gelöst
Gläser dieser Zusammensetzung weisen eine Viskosität von 103 Poises bei oder unter 1320° C auf, die die zu bevorzugende Ziehtemperatur ist Die Liquidustemperatur dieser Gläser liegt mehr als 400C unter dieser Ziehtemperatur, wodurch Kristallisieren und folgendes Schwächen durch Bruch der die Düse verlassenden und hierbei sich abkühlenden Fasern verhindert ist Es ist hierdruch ein einwandfreies Ziehen von Glasfasern unter üblichen Betriebsbedingungen gesichert
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Anteil von SiOj+ZrO2+ '/2 AI2O3 weniger als 84,5 Mol-% beträgt, wodurch die Viskosität und damit die Ziehtemperatur verhältnismäßig niedrig gehalten werden.
Der Anteil in Mol-% des Aluminiumoxids ist auf die Formel '/2 AI2O3 berechnet, da 1 Mol AI ein Atom Si im Atomnetz des Glases ersetzt Wesentlich ist also die Zahl der Al-Atome und nicht die Zahl der AI2-O3-MoIeküle.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der gesamte Alkalimetalioxidanteil aus Na2O besteht und de»· Anteil von SiO2+ZrO2+ V2 AI2O3 bei einem Gehalt von 7 Mol-% ZrO2 weniger als 81 Mol-% ist und bei einem Gehalt von 11 Mol-% ZrO2 nicht unter 78,5 Mol-% fällt
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Alkalimetalioxidanteil aus Na2O und bis zu 2 Mol-% Li2O besteht und der Anteil von SiO2+ZrO2+'/2 Al2O3 bei einem Gehalt von 7 Mol-% ZrO2 weniger als 82,5 Mol-% ist und bei einem ZrO2-GehaIt von 11 Mol-% nicht unter 80 Mol-% fällt
Bei den beiden zuletzt erwähnten Zusammensetzungen, in denen der Alkalimetalloxidgehalt Na2O oder Na2O+Li2O ist, wird der maximale Anteil von SiOi + ZrO2+'/2 Al2O3 um 2 Mol-% erhöht, wenn das Glas 1 Mol-% Fluor enthält.
Fluor ersetzt im Atomnetz des Glases Sauerstoff. Obwohl Fluor als Fluorid eines Metalls, z. B. Calzium oder Natrium, eingebracht wird, tritt das Fluorid als Bestandteil des Glases nicht selbst auf. Es ist daher zweckmäßig, die Anteile in Mol-% im Gegensatz zur Oxidbasis beim Fluor wie beim Sauerstoff auf das Element zu beziehen.
Der RO-Gehalt kann erfindungsgemäß aus 2 bis 8 Mol-% CaO bestehen.
Eine bevorzugte Zusammensetzung für die Glasfasern in Mol-% ist:
SiO2 69 bis 70
ZrO2 9.5
Na2O 14,5 bis 15,5
Li2O 2
CaO 2 bis 4
F2 Obis I
TiO2 2
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung derartiger Glasfasern zur Verstärkung von wasserhaltigem Zement.
Die folgenden Tafeln zeigen alakaliresistente, bei üblichen Temperaturen gezogene Glasfasern nach der Erfindung. Alle Werte sind in Mol-% angegeben. Die Bezeichnung der Gläser erfolgt mit Gruppen-Nummern 68EF, die durch zugefügte Kennzeichnungszahlen ergänzt sind.
Glas Nr. 68EF 60 68 69 70 72 88 93 97 101
55 69 67 69 70 69 67 69 69 67
SiO2 69 9,5 94 94 94 94 94 9,5 94 94
ZrO2 9,5 2
AlOu
B2O3 4
FeOu 17^ 174 154 144 174 174 17,5 17,5 174
Na2O 15,5 2 2
LbO 2
K2O 2 2 4 4 2 6
CaO 2 4
ZnO 6
MnO 2 2 2
F2 2 4 2
TiOz 2
CeOz
SnO2 1295 1265 1280 1305 1270 1315 1270
Glasfaserzieh 1270
temperatur, 0C 1080 1100 1075 1175
Liquidustemperatur, 0C 1110
Glas Nr. 68FF i7 119 121 127 130 140 142 143 150
104 115
SiOz 67
ZrOz 94
NazO 174
CaO 3
TiOz 3
Glasfaserzieh- 1285 temperatur, 0C
Liquidustemperatur, °C
67 94
154 2
67 104
184
62 104
4 174
68 10
17 5 62
10
6 17
66 84
68 74 7 7
72 72
7 7
174 17 17 13 13
8 8
8 8
1265 1300 1160 1245
1320 1220 1235 1320 1290 1275 1230 1013
In allen Beispielen, in denen die Glasziehtemperatur und die Liquidustemperatur angegeben ist, beträgt die Glasziehtemperatur nicht mehr als 13200C und liegt in dem Bereich zwischen 1230 und 13209C, während die Liquidustemperatur in jedem Falle mehr als 400C niedriger als die Glasziehtemperatur ist.
Zusätzlich können zu den Hauptbestandteilen der Gläser weitere Oxide in Mengen bis zu 5 Mol-% enthalten sein, ohne eine schädliche Wirkung bezüglich der Ziehfähigkeit zu Glasfasern oder eine Verringerung der Widerstandsfähigkeit gegen Alkalien der Glasfasern zu bewirken. Derartige Oxide sind zusätzlich zu den bereits erwähnten B2Oj, Fe2O3 und TiO2 auch CeO2 und SnOz.
Übliche Verunreinigungen können bis zu 1 MöI-% in den Gläsern enthalten sein. In Anteilen bis zu 1 Mol-% können ferner weitere Zusätze enthalten sein, um das Läutern des Glases zu unterstützen. Derartige Oxide sind beispielsweise P2O5, Cr2O3, As2O3, Sb2O3, CdO, BeO und V2O5.
Das bevorzugte Erdalkalimetalloxid ist Kalziumoxid CaO und erscheint in den Beispielen in verhältnismäßig
hohen Anteilen bei den Glasern 68EF 88 und 68EF 130, in denen es die Widerstandsfähigkeit gegen Alkalien der hohen Zirkonoxidgehalt aufweisenden Gläser erhöht.
Die Eingliederung der Glasfasern in die Zementmischung kann durch Einlagern der Glasfasern in die trockene Mischung vor der Zufügung von Wasser erfolgen oder aber durch Einlegen der Glasfasern in eine Form bevor die Zementaufschlämmung eingebracht wild, wobei — falls nötig — eine Abstützung der Glasfasern vorgesehen wird.
Beispielsweise werden Zementplatten aus Portland-Zement hergestellt, der einen Kalziumoxidgehalt von etwa 65% neben anderen Alkaliwerkstoffen enthält. Die behandelten Platten hatten einen Glasfaseranteil zwischen 4,5 und 5,1 Gew.-%, so daß also praktisch etwa 5 Gew.-% Glasfaseranteil enthalten ist.
Der Bruchmodul, die Zugfestigkeit und die Schlagfestigkeit derartiger Platten wurde anfänglich und nach dem Eintauchen in Wasser beispielsweise für eine Dauer von 7 Tagen und nach 90tägigem Aussetzen der Witterung geprüft, wobei festgestellt wurde, daß die Platten einen weit höheren Teil ihrer ursprünglichen Eigenschaften beibehalten hatten als ähnliche Platten mit Verstärkung durch bekannte Glasfasern.
Die Gläser nach der Erfindung gestatten somit eine wirtschaftliche Herstellung von Glasfasern zur Verstärkung von Zementprodukten, wobei der mit den Glasfasern verstärkte Zement oder Beton eine längere Lebenszeit aufweist, da eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Alkalien in dem nassen Zement, vorzugsweise Kalziumhydroxid, erreicht ist.
Ähnliche Ergebnisse wurden auch bei der Verstärkung von supersulphatiertem Zement und Zement hohen Aluminiumoxidgehalts festgestellt, wenn sie mit Glasfasern nach der Erfindung /erstärkt wurden.

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Alkaliresistente, ZrO2-haItige kontinuierlich gezogene Glasfasern zur Verstärkung von Zementprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen einer Ziehtemperatur von nicht mehr als 1320° C die Glasfasern die folgende Zusammensetzung in Mol-% haben:
DE2037910A 1969-07-28 1970-07-24 Alkalirestistente, ZrO2-haltige Glasfasern zur Verstärkung von Zementprodukten und ihre Verwendung Expired DE2037910C3 (de)

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