DE2315851B2 - Glass fiber reinforced building material - Google Patents
Glass fiber reinforced building materialInfo
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- C04B14/465—Ca-silicate, e.g. wollastonite
Description
nicht zugelassen sind.are not permitted.
15 bis 50 Gewichtsprozent CaO, Nachteilig sind auch die hohen Herstellungskosten15 to 50 percent by weight CaO. The high production costs are also disadvantageous
40 bis 65 Gewichtsprozent SiO8, der aus den resistenten Gläsern, beispielsweise Bor-40 to 65 percent by weight SiO 8 , which is made of the resistant glasses, for example boron
1 bis 20 Gewichtsprozent Al1O3 «5 silikatgläsern, erzeugten Glasfasern.1 to 20 percent by weight Al 1 O 3 «5 silicate glasses, produced glass fibers.
Es sind ferner zur Verwendung in Baustoffen, wieThere are also for use in building materials such as
und einem Gehallt an Verunreinigungen aus Eisen- Portlandzement, Schmelzzement, Gips, Mörtel geeig- und Alkalioxideii von insgesamt höchstens 2 Ge- nete Mineralfasern mit einem wesentlichen Anteil an wichtsprozent zum Zwecke gemäß Anspruch 1. Kristallphase bekannt, die aus einer Oxidschmelze mitand a content of impurities from iron portland cement, molten cement, gypsum, mortar are suitable. and alkali oxides of a total of at most 2 genes mineral fibers with a substantial proportion of weight percent for the purpose according to claim 1. Crystal phase known, which from an oxide melt with
4 Verwendung, von aus Phosphorschlacke her- 30 einem SiO1 — Al1O3 — CaO- und FejO3-Gehalt und gestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur einem möglichen Zusatz von Nebenkomponenten herder Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, gestellt wurden und die eine dem Wollastonit oder jedoch einem Gehalt an Verunreinigungen aus Calciumorthosilikattyp zuzuordnende Zusammen-Eisen- und Alkalioxiden von maximal 1% zum Setzung besitzen. Diese bekannten Mineralfasern Zwecke gemäß Anspruch 1. 35 liegen beispielsweise zu 60% in Form einer Glasphase4 Use of phosphorus slag made from an SiO 1 - Al 1 O 3 - CaO and FejO 3 content and provided calcium silicate fibers of vitreous structure, a possible addition of secondary components herder the composition according to claim 2 or 3, and one of the wollastonite or have a content of impurities of calcium orthosilicate type, iron and alkali oxides of a maximum of 1% to settle. These known mineral fiber purposes according to claim 1. 35 are, for example , 60% in the form of a glass phase
5. Verwendung von aus Phosphorschlacke her- und zu 40% in Form einer kristallinen Phase als gestellten Calciiuinsilikatfasern glasiger Struktur Pseuüowollastonit vor. Sie besitzen keine homogene der Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3 Glasstruktur.5. Use of phosphorus slag and 40% in the form of a crystalline phase as presented calcium silicate fibers of vitreous structure pseudo-woolastonite. They do not have a homogeneous one the composition of claim 2 or 3 glass structure.
und einem Geha.lt an Verunreinigungen nach An- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Versprach 2 und 3 sowie geringen Gehalt an Fluor 40 Wendung von aus Phosphorschlacke hergestellten und Phosphor zum Zwecke gemäß Anspruch 1. Calciumsilikatfasern glasiger Struktur zur Armierungand a content of impurities according to the subject matter of the present invention is the promise 2 and 3 as well as low content of fluorine 40 turn of made from phosphorus slag and phosphorus for the purpose of claim 1. Calcium silicate fibers of vitreous structure for reinforcement
von aus anorganischen Bindemitteln hergestellten Baumaterialien. Die erfindungsgemäß verwendeten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur haben die folgende 45 Zusammensetzung:of building materials made from inorganic binders. The calcium silicate fibers used according to the invention vitreous structure have the following 45 composition:
10 bis 60 Gewichtsprozent CaO,
35 bis 75 Gewichtsprozent SiO1,10 to 60 percent by weight CaO,
35 to 75 percent by weight SiO 1 ,
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung 0 bis 20 Gewichtsprozent Al1O3 The present invention relates to the use of 0 to 20 percent by weight Al 1 O 3
von Calciumsilikatfasern, die gegenüber basischen 50of calcium silicate fibers, which compared to basic 50
Lösungen, insbesondere gegenüber Lösungen, wie sie und einen Gehalt an Verunreinigungen aus Eisen- und
in Beton angetroffen werden, beständig sind, zur Alkalioxiden von insgesamt höchstens 2 Gewichts-Armierung
von au» anorganischen Bindemitteln her- prozent.
gestellten Baumaterialien. Insbesondere eignen sich Glasfasern, deren chemi-Solutions, in particular to solutions such as those found and a content of impurities from iron and in concrete, are resistant, to alkali oxides of a total of at most 2 percent by weight reinforcement of external inorganic binders.
building materials provided. In particular, glass fibers are suitable whose chemical
Handelsübliche Glasfasern werden bekanntlich auf 55 sehe Analyse innerhalb der folgenden Bereiche liegt:
Grund ihrer chemischen Zusammensetzung und Struktur von basischen !Lösungen angegriffen und zersetzt, 15 bis 50 Gewichtsprozent CaO,
SO daß die günstigen mechanischen Eigenschaften, 40 bis 65 Gewichtsprozent SiO1,
insbesondere die hohe Zugfestigkeit der Fasern, ver- 1 bis 20 Gewichtsprozent Al1Oc
lorengehen. Ihre Verwendung im Bauwesen zur Ver- 6o Commercially available glass fibers are known to be within the following ranges based on their chemical composition and structure: their chemical composition and structure are attacked and decomposed by basic solutions, 15 to 50 percent by weight CaO,
SO that the favorable mechanical properties, 40 to 65 percent by weight SiO 1 ,
In particular, the high tensile strength of the fibers, 1 to 20 percent by weight of Al 1 Oc, is lost. Their use in construction for 6o
besserung der mechanischen Eigenschaften von Bau* Die Verwendung dieser Calciumsilikatfasern glasigerimprovement of the mechanical properties of construction * The use of these calcium silicate fibers vitreous
materialien, insbesondere Beton, auf Basis anorgani- Struktur zur Armierung von Beton Jag keineswegs nahe, scher Bindemittel wie z. B. Zement oder Baukalk ist Sie bewegen sich in ihrer chemischen Zusammendaher nicht möglich,, weil diese Bindemittel mit Wasser Setzung im Bereich der bekannten calciumreichen angemachte Lösungen mit pH-Werten zwischen etwa 6j glasigen Hochofenschlacken, die bekanntlich latent und 13 bilden, die die Glasfasern angreifen und hydraulisch sind und z. B. mit Portlandzement verzerstören, mahlen bei Zutritt von Wasser Calciumhydrosilikatematerials, especially concrete, based on inorganic structure for reinforcing concrete Jag by no means close, shear binders such. B. cement or building lime is they move in their chemical composition not possible, because these binders with water settlement in the area of the well-known calcium-rich Prepared solutions with pH values between about 6J glassy blast furnace slags, which are known to be latent and 13 that attack the glass fibers and are hydraulic and z. B. destroy with Portland cement, grind calcium hydrosilicates when exposed to water
Ε» sind bisher hauptsächlich drei Wege beschriften zu bilden vermögen (Hüttenzemente), was vermuten Ε »so far there are mainly three ways of being able to label (slag cement), which is supposed to be
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ließ, daß aus calcnwnreiehen QUsem hergestellte Fasern in Verbindung mit Zement bei der Herstellung von Baumaterialien aufgelöst oder zerstört würden.let that QUsem made from calcine strings Fibers in connection with cement would be dissolved or destroyed in the manufacture of building materials.
Überraschenderweise bat sich jedoch gezeigt, daß lie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber dem basischen Milieu in Betonen aus anorganischen Bindemitteln besitzen.Surprisingly, however, it has been shown that there is a high level of resistance to the basic environment in concretes made from inorganic binders.
Die zur Armierung von aus anorganischen Bindemitteln hergestellten Baumaterialien geeigneten Glasfasern werden aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Phosphor anfallenden Phosphorschlacke hergestellt Diese Fasern sind auch sehr wirtschaftlich herstellbar, weil darin die CaO- und SiOj-Koraponente bereits homogen erschmolzen vorliegen. Ihre chemische Zusammensetzung fällt in die oben aufgeführten Bereiche. Die Verwendbarkeit dieser Phosphorschlacke zur Herstellung von Caldumsilikatfasern glasiger Struktur ist deshalb überraschend, weil sie bah stark zur Kristallisation neigt und daraus durch einfaches Tempern kristallines Calciumsilkat hergestellt werden kann.The glass fibers suitable for reinforcing building materials made from inorganic binders are made from the electrothermal Manufacture of phosphorus produced phosphor slag These fibers are also very Can be produced economically because the CaO and SiOj coraponents are already homogeneously melted in them. Their chemical composition falls into that areas listed above. The usability of this phosphorus slag for the production of calcium silicate fibers with a vitreous structure is therefore surprising, because it has a strong tendency to crystallize and crystalline calcium silicate can be produced therefrom by simple tempering.
Die Phosphörschlackenschmelze wird nach dem Abstich ausgegossen und erstarrt dann als Stückschlacke. Sie kann aber auch in bekannter Weise in Wasser abgeschreckt werden, wodurch ein glasiger Schlackensand entsteht, aus dem gegebenenfalls mechanisch Verunreinigungen entfernt werden können. Diese Produkte werden erneut geschmolzen und dann nach bekannten Verfahren zu Glasfasern verarbeitet. Man kann aber auch zusätzlich im Rahmen der oben aufgeführten Bereiche Al2O3- und/oder SiO,-haltige Stoffe wie z. B. Tonerde, Kaolin oder industrielle Abfallprodukte wie SiO,-Staub zusetzen, um den Schmelzpunkt der Schlacke herabzusetzen.The phosphorous slag melt is poured out after tapping and then solidifies as lump slag. However, it can also be quenched in water in a known manner, whereby a vitreous slag sand is formed, from which impurities can be removed mechanically if necessary. These products are melted again and then processed into glass fibers using known methods. But you can also use Al 2 O 3 - and / or SiO, -containing substances such as. B. add clay, kaolin or industrial waste products such as SiO, dust to lower the melting point of the slag.
Des weiteren kann ein Verfahrensschritt eingespart werden, wenn die noch flüssige Schlacke im Anschluß an die Phosphorgewinnung gegebenenfalls unter Zusatz Al1O,- und/oder SiO1 haltiger Stoffe sofort zu Glasfasern verarbeitet wird. Es hat sich gezeigt, daß die aus der Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatglasfasern eine sehr hohe Beständigkeit besitzen und besonders resistent gegen das basische Milieu in anorganischen Bindemittelsuspensionen bzw. in aus anorganischen Bindemitteln hergestellten Baumaterialien sind.Furthermore, a process step can be saved if the slag, which is still liquid, is immediately processed into glass fibers following the production of phosphorus, optionally with the addition of Al 1 O and / or SiO 1 -containing substances. It has been shown that the calcium silicate glass fibers produced from the phosphorus slag have a very high resistance and are particularly resistant to the basic environment in inorganic binder suspensions or in building materials made from inorganic binders.
Die natürlichen Verunreinigungen der Phosphorschlacke bestehen insbesondere als Alkali- und Eisenoxiden. Sie sollen auch in diesen Fasern insgesamt höchstens 2 Gewichtsprozent betragen. Günstig ist es, wenn der Gehalt an diesen Verunreinigungen ebenfalls maximal 1% beträgt. Es hat sich außerdem gezeigt, daß auch hier geringe Gehalte an Fluor und Phosphor unschädlich sind. Es kann vermutet werden, daß Verunreinigungen in einigen Fällen sogar dazu beitragen, daß bei der Verwendung der Cakiumsilikatfasern glasiger Struktur zur Armierung von Beton insbesondere die Festigkeiten des Betons günstig beeinflußt werden.The natural impurities in the phosphorus slag consist in particular as alkali and iron oxides. You are also said to be in these fibers altogether not exceed 2 percent by weight. It is beneficial if the content of these impurities also is a maximum of 1%. It has also been shown that here too low levels of fluorine and phosphorus are harmless. It can be assumed that in some cases impurities even contribute to that when using calcium silicate fibers with a vitreous structure to reinforce concrete, it has a particularly favorable effect on the strength of the concrete will.
Zur Verwendung in Beton werden Glasfasern einer Länge zwischen 0,5 und 5,0 mm und eines Durchmessers von 0,0OS bis 0,05 mm bevorzugt. Sie besitzen einen hohen Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 5600 bis 6400 kp/mm* und Zugfestigkeitswerte in der Größenordnung von 800 bis 1300 kp/cm1. Aus diesem Grunde bietet sich ihre Verwendung zur Armierung von Beton an.For use in concrete, glass fibers between 0.5 and 5.0 mm in length and 0.0OS to 0.05 mm in diameter are preferred. They have a high modulus of elasticity in the range from about 5600 to 6400 kp / mm * and tensile strength values in the order of magnitude of 800 to 1300 kp / cm 1 . It is for this reason that they can be used to reinforce concrete.
Mittels Röntgenbeugungsanalysen konnte festgestellt werden, daß die erfindungsgemäß verwendetenBy means of X-ray diffraction analyzes it could be established that the used according to the invention
CaldumsUikatfasem keine kosieUfw Phase aufweisen, sondern glasig erstarrt sind.CaldumsUikatfasem have no kosieUfw phase, but have solidified glassy.
An Hand des folgenden Beispiels wird die Erfindung naher erläutert, SThe invention is explained in more detail using the following example, S.
Unter Verwendung von 95 %. Portlandzement PZ 350 und 5 % Glasfasern wurden mit einem Wasserzement-Using 95%. Portland cement PZ 350 and 5% glass fibers were mixed with a water cement
m faktor von 0,30 Prismen eingeschlagen. Als Glasfasern wurden AlkalisU&atfasttra, Kieselglasftsern, Borosilikatglasfasem sowie Calciumsilikatfasern glasiger Struktur verwendet Die Calciumsilikatfasern glasiger Struktur besaßen die chemische Zusammensetzungm factor of 0.30 prisms hammered in. As glass fibers AlkalisU & atfasttra, silica glass fibers, borosilicate glass fibers and calcium silicate fibers became more glassy Structure uses the calcium silicate fibers glassier Structure possessed the chemical composition
ts gemäß Tabelle 1:ts according to table 1:
Sie wurden aus granulierter glasiger Phosphorschlacke zum Teil unter Zusatz von Al1O1- und/oder SiOs-haltiger Stoffe nach üblichen Verfahren hergestellt.They were produced from granulated vitreous phosphorus slag, in part with the addition of Al 1 O 1 and / or SiOs-containing substances, using conventional methods.
Die verschiedenen Fasersorten besaßen Fasern gleicher Länge und gleichen Durchmessers.The different types of fiber had fibers of the same length and diameter.
Zusätzlich zu den armierten Prismen wurden reine Zementprismen aus PZ 350 und Prismen unter Zusatz einer inerten Substanz in Mengen von 5 GewichtsIn addition to the reinforced prisms, pure cement prisms made of PZ 350 and prisms with additions were made an inert substance in amounts of 5% by weight prozent hergestellt.percent made.
Zur Ermittlung der Beständigkeit der Fasern in einem Milieu, wie es in erhärtetem Beton anzutreffen ist, wurden die Prismen 180 Tage bei 200C unter Wasser gelagert und anschließend der freie Ca(OH)1-To determine the resistance of the fibers in an environment such as that found in hardened concrete, the prisms were stored under water for 180 days at 20 ° C. and then the free Ca (OH) 1 - Gehalt der Prismen chemisch ermittelt. Diese Werte wurden jeweils mit dem Wert der Prismen verglichen, die unter Zusatz von Inertsubstanz hergestellt waren, wobei letzterer gleich 100 gesetzt wurde. Wenn also die Glasfasern mit dem freien Ca(OH)1 reagieren undContent of the prisms determined chemically. These values were compared in each case with the value of the prisms which had been produced with the addition of inert substance, the latter being set equal to 100. So when the glass fibers react with the free Ca (OH) 1 and damit unbeständig werden, so muß im Vergleich mit den Inertsubstanzprismen der freie Ca(OH)a-Gehalt der Vergleichsprismen sinken.so that they become unstable, the free Ca (OH) a content of the comparison prisms must decrease in comparison with the inert substance prisms.
In Tabelle 2 wurden in der Spalte 2 die relativen Gehalte an freiem Ca(OH), nach 180 Tagen für dieIn table 2, column 2 shows the relative contents of free Ca (OH) after 180 days for the einzelnen Prismenarten zusammengestellt. Es ist zu erkennen, daß die Cakiumsilikatfasern glasiger Struktur Nr. 1 bis 4 nicht bzw. nur geringfügig Ca(OH)i aufgenommen haben, während die Vergleichsfasern deutlich mit dem freien Ca(OH), reagiert haben.individual prism types put together. It can be seen that the calcium silicate fibers of vitreous structure No. 1 to 4 do not or only slightly Ca (OH) i while the comparison fibers clearly reacted with the free Ca (OH).
Diese Tatsache spiegellt sich auch in den Festigkeitswerten, die in Spalte 2 bis 4 in Tabelle 2 aufgeführt sind, wieder. Die Festigkeiten wurden jeweils auf den Wert der reinen Zemeintprismen bezogen und im Verhältnis zu diesem in Prozent ausgerechnet. DanachThis fact is also reflected in the strength values which are listed in columns 2 to 4 in table 2. The strengths were each related to the value of the pure Zemein prisms and calculated in relation to this as a percentage. Thereafter
<S ergibt sich, daß wiederum die unter Verwendung der Cakiumsilikatfasern glasiger Struktur Nr. 1 bis 4 hergestellten Prismen deutlich höhere Festigkeiten insbesondere nach 180 Tagen erreichen.<S it follows that again using the Cakiumsilikatfaser vitreous structure No. 1 to 4 produced prisms achieve significantly higher strength, especially after 180 days.
DruckReI.
pressure
Ii ■■ ■■■■! «Ill Premium,
Ii ■■ ■■■■! «Ill
(%)nachstrength
(%)after
unter Zu*8te
von 5%manufactured
under to * 8te
of 5%
nach
180 TagenCa (OHH
after
180 days
Kiesel.glass fiber ...
Pebble.
glasfaser ... A4C9V1-
glass fiber ...
Die Calciumsilikatfaser glasiger Struktur eignet sich als Zuschlagsstoff zur Armierung von Beton auf Tonerdezement- und Portlandzementbasis gleichermaßen. Sie erhöht die Zugfestigkeit des Betons, aucii ohne daß dieser Stahlarmierungen trägt, und damit zugleich dessen Biegezug· und Schlagfestigkeit sowie seinen Widerstand gegen Abplattungen bei höherer Temperftturbeanspraehung. Die Armierung des Betons dwrch Glasfasern kann in vorteilhafter Weise mit der durch δ Stahleinlagen kombiniert werden.The calcium silicate fiber with a vitreous structure is suitable as an aggregate for reinforcing concrete on high-alumina cement and portland cement base alike. It increases the tensile strength of the concrete, aucii without that this steel reinforcement carries, and thus at the same time its flexural tensile strength and impact resistance as well as its Resistance to flattening at higher temperatures. The reinforcement of the concrete by glass fibers can be carried out in an advantageous manner δ steel inserts are combined.
Die Calciumsilikatfaser glasiger Struktur eignet sich darüber hinaus für die Herstellung anderer Baumaterialien auf Zementbasis, insbesondere for solche, die bislang mit Asbestfasera armiert wurden, wie Edelputze, Fertigmörtel und -putze, sowie Platten,The calcium silicate fiber with a vitreous structure is also suitable for the manufacture of other building materials based on cement, especially for those that were previously reinforced with asbestos fibers, such as Finishing plasters, ready-made mortars and plasters, as well as panels,
Wellplatten, Druckrohre, Blumenkästen, Dachrinnen, Dachrinnenrohre und andere als Asbestzementartikel gekennzeichnete Produkte.Corrugated sheets, pressure pipes, flower boxes, gutters, Gutter pipes and other products labeled as asbestos-cement items.
Des weiteren ist die Verwendung der Calciumsilikatfasern in Baumaterialien auf Basis anderer anorganischer Bindemittel wie z. B. Baukalk und Gips und in Baumaterialien auf Basis organischer Bindemittel möglich. Auch die Verwendung als Verstärkerfüllstoff für Kunststoffe bietet sich an.Furthermore, the use of calcium silicate fibers in building materials based on other inorganic binders such as B. Building lime and plaster and in Building materials based on organic binders are possible. Also use as a reinforcing filler for Plastics are ideal.
ao Ein weiteres interessantes Verwendungsgebiet ist der Sektor der hydrothermal gehärteten Betone. Hier dienen die Glasfasern ebenfalls als Zuschlagstoff zur Armierung des Betons. Sie reagieren im Autoklavenprozeß mit der basischen Lösung nur unmerklich undao Another interesting field of application is the hydrothermally hardened concrete sector. here the glass fibers also serve as aggregate to reinforce the concrete. They react in the autoclave process with the basic solution only imperceptibly and
•S bleiben daher in ihrer Formenfestigkeit nahezu erhalten. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang ihre helle Farbe, so daß die daraus hergestellten CaI-ciumsilikatbetone nicht nur in der Festigkeit verstärkt werden, sondern auch ihren hellen bzw. weißen Farbton behalten.• S are therefore almost retained in their dimensional stability. Is particularly advantageous in this context their light color, so that the calcium silicate concretes made from them not only in terms of strength, but also their light or white hue keep.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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