DE2427770A1 - Verwendung von aus phosphorschlacke hergestellten, durch zusatzstoffe modifizierten calciumsilikatfasern glasiger struktur zur armierung von baumaterialien - Google Patents
Verwendung von aus phosphorschlacke hergestellten, durch zusatzstoffe modifizierten calciumsilikatfasern glasiger struktur zur armierung von baumaterialienInfo
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Description
PATENTANWALT D.R. HANS-GUNTHErt EGGERT, DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90 2^27770
Köln, den 16. Mai 1974 So/pz/7o
Dyckerhoff Zementwerke AG, Wiesbaden-Amöneburg
Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten/ durch
Zusatzstoffe modifizierten Calciumsilikatfasern glasiger
Struktur zur Armierung von Baumaterialien
(Zusatz zu Patent/Patentanmeldung P 23 15 851.2-45)
Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung P 23 15 851.2-45) ist die Verwendung von Calciumsilikatfasern
glasiger Struktur zur Armierung von aus anorganischen Bindemitteln hergestellten Baumaterialien. Die chemische
Zusammensetzung dieser Fasern fällt in die Bereiche von Io bis 6o Gew.% CaO, 35 bis 75 Gew.% SiO2 und 0 bis 2o
Gew.% Al0O-. Sie werden aus der bei der elektrothermisehen
Herstellung von Phosphor anfallenden Schlacke hergestellt und sind gegenüber basischen Lösungen, insbesondere gegen
Lösungen, wie sie in Beton angetroffen werden, beständig. Das Ziehen der Fasern aus der geschmolzenen Phosphorschlacke
ist wirtschaftlich, weil darin die CaO- und SiO2"
Komponente bereits homogen erschmolzen vorliegen.
Die Herstellbarkeit von Calciumsilikatfasern glasiger Struktur aus der Phosphors chlacke war überraschend-, weil sie
bekanntlich stark zur Kristallisation neigt und daraus durch einfaches Tempern kristalliner Wollastonit hergestellt
werden kann. Die Phosphorschlackenschmelze wird nach
S09850/062G
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
entfertn werden können. Diese Produkte werden erneut geschmolzen und dann nach bekannten Verfahren zu Glasfasern
verarbeitet. Man kann aber auch zusätzlich Al2O3- und/oder
SiO2-haltige Stoffe wie z.B. Tonerde, Kaolin oder industrielle
Abfallprodukte wie SiO^-Staub zugeben, um den Schmelzpunkt der Schlacke herabzusetzen. Desweiteren kann ein
Verfahrensschritt eingespart werden, wenn die noch flüssige Schlacke im Anschluss an die Phosphorgewinnung gegebenenfalls
unter Zusatz von Al3O-- und/oder SiO^-haltigen
Stoffen sofort zu Glasfasern verarbeitet wird.
Die natürlichen Verunreinigungen der Phosphorschlacke bestehen
insbesondere aus Alkali- und Eisenoxiden. Sie sollen in den Fasern insgesamt höchstens 2 Gew.% betragen.
•Günstig ist es, wenn der Gehalt an Verunreinigungen maximal
1 % beträgt. Es hat sich außerdem gezeigt, daß geringe Gehalte an Flour und Phosphor unschädlich sind.
Wenn auch derartige Glasfasern im Vergleich mit bekannten
Produkten schon eine erheblich höhere Resistenz gegen alkalische Lösungen in Baumaterialien, hergestellt aus
anorganischen Bindemitteln, aufweisen, so konnte festgestellt werden, daß eine weitere Steigerung der Alkaliresistenz
erzielt werden kann, wenn den Ausgangsgemischen zur Herstellung der Calciumsilikatfasern glasiger Struktur
bestimmte Stoffe in bestimmten Mengen zugesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß die Verwendung von durch Zusatzstoffe modifizierten Calciumsilikatfasern
glasiger Struktur, die unter Verwendung von Phosphorschlacke gezogen werden, zur Armierung von aus anorganischen
Bindemitteln hergestellten Baumaterialien. Wesentlich ist, daß durch die Zusatzstoffe der pH-Wert der
Glasfasern in Wasser variiert und damit dem jeweiligen pH-Wert des Baumaterial-Milieus angepasst werden kann.
Als Zusatzstoffe zur Phosphorschlacke kommen insbesondere
TiO_, ZrO2, Cr3O3, ZnO allein oder im Gemisch, sowie diese
Oxide enthaltende Produkte in Betracht. Die Zusatzmengen betragen o,l bis lo, vorzugsweise o,5 bis 7 Gew.%, bezogen
auf das Ausgangsgemenge. Besonders resistent im alkalischen
Milieu von Beton sind Calciümsilikatfasern glasiger Struktur, die etwa 2 bis 5 Gew.% ZnO enthalten und deren Zusammensetzung in die Bereiche 15 bis 5o Gew.% CaO, 4o bis
65 Gew.% SiO2, 1 bis 2o Gew.% Al2O3 fällt.
Die Zusatzstoffe werden der Stückschlacke oder dem granulierten glasigen Schlackensand beigemengt, worauf das Gemenge
geschmolzen wird und dann nach bekannten Verfahren Glasfasern gezogen werden. Man kann aber auch die Zusatzstoffe
bereits der noch flüssigen Schlacke im Anschluss an die Phosphorgewinnung zugeben und diese dann sofort
oder nach Granulierung und Schmelzen zu Glasfasern verarbeiten. Dabei wird im ersten Fall ein Verfahrensschritt
eingespart.
Bevorzugt werden Glasfasern insbesondere in Form von endlosen
Glasfaserbündeln, Glasfasermatten, seilähnlichen Ausführungen oder Abschnitten von Glasfaserbündeln mit
einer Länge zwischen o,q5 und 5,ο cm und einem Durchmesser Von
S09dS0.70626
— Λ —
ο,οο5 bis o,o5mmSie besitzen einen hohen Elastizitätsmodul
im Bereich von etwa 5.600 bis etwa 6.4oo kg/mm und Zugfestigkeitswerte
in der Größenordnung von 800 bis 13oo
2
kg/cm . Mittels Röntgenbeugungsanalysen konnte festgestellt werden, daß die erfindungsgemäß verwendeten modifizierten Calciumsilikatfasern keine kristalline Phase aufweisen, sondern vollkommen glasig erstarrt sind.
kg/cm . Mittels Röntgenbeugungsanalysen konnte festgestellt werden, daß die erfindungsgemäß verwendeten modifizierten Calciumsilikatfasern keine kristalline Phase aufweisen, sondern vollkommen glasig erstarrt sind.
Aus der folgenden Tabelle 1 geht hervor, daß der pH-Wert der Glasfasern durch die genannten Zusatzstoffe veränderbar
ist. Die pH-Werte wurden wie folgt ermittelt: Jeweils 7 Gew.-Teile Glasfasern, jeweils etwa gleicher Länge und
gleichen Durchmessers, wurden in Kunststoffgefäßen mit Io Gew.-Teilen doppelt-destilliertem Wasser geschüttelt
und dann vier Mal im Laufe von zwei Wochen der pH-Wert in der Flüssigkeit nach Absetzen des Feststoffes bestimmt.
Im Mittel ergaben sich die folgenden pH-Werte:
| Material | Kieselglasfaser | 1 | 99 | an | ϊ | — | pH-Wert | |
| Tabelle | E-Glas-Faser | Gehalt | 55 | CaO | 21 | |||
| Glasfaser nach Hauptpatent | SiO2 | 6o | 25 | |||||
| 1. | Glasfaser gemäß Erfindung mit | in S | 7,5 | |||||
| 2. | 3 % TiO2 | 4o | 47 | lo,4 | ||||
| 3. | 3 % Cr2O3 | 4o | 47 | lo,9 | ||||
| 3 % ZrO2 | 4o | 47 | ||||||
| 4. | 3 % ZnO | 4o | 47 | 11.ο | ||||
| 5. | 4 % (Ti02+Zn0+Cr203+Zr02) | 4o | 47 | 11.4 | ||||
| 6. | 11.5 | |||||||
| 7. | 11.7 | |||||||
| 8. | 11.5 | |||||||
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Darüber hinaus kann der pH-Wert selbstverständlich auch durch die jeweils gewählten Zusatzmengen eingestellt werden.
Bei Kenntnis des pH-Wertes der Calciumsilikatfasern ist auch ihre optimale Verwendbarkeit bestimmbar, d.h., daß
die jeweilige Verwendung nach dem pH-Wert des Baumaterial-Milieus gewählt wird, wobei die beiden pH-Werte möglichst
nahe beieinanderliegen bzw. gleich sein sollen. Insofern ergibt sich eine besonders günstige Verwendbarkeit der
Faser Nr. 7 in Tabelle 1 zur Armierung von Beton.
Zur Ermittlung der Beständigkeit der modifizierten Fasern in einem Milieu, wie es in erhärtetem Beton anzutreffen
ist, wurden Prismen der Größe 1 χ 1 χ 6 cm eingeschlagen und 18o Tage bei 2o°C unter Wasser gelagert. Anschließend
wurde der freie Ca(OH)2~Gehalt der Prismen chemisch ermittelt.
Diese Werte wurden"jeweils mit dem Wert der Prismen verglichen,' die ohne Fasern hergestellt waren,
wobei dieser Wert gleich loo gesetzt wurde. Wenn also die Glasfasern mit dem Ca(OH)2 reagieren, so muß der freie
Ca(OH)2~Gehalt der glasfaserverstärkten Prismen sinken.
In Tabelle 2 wurden die relativen Gehalte an freiem Ca(OH)2 nach 18o Tagen für die verschiedenen Proben zusammengestellt.
Prismen,-hergestellt unter Zusatz rel.Gehalt an freiem
von 5 % Ca(OH)2 nach 18o Tagen
ohne Zusatz . loo
Fasern ohne Zusatzstoff 89
Fasern mit Zusatzstoff 3 % TiO2 97
3 % ZrO2 loo
3 % Cr2O3 9 8
3 % ZnO loo
4 % (TiO^ZrOj+Cr^+ZnO) 99
5O9850/0G26
Es ist zu erkennen, daß die Fasern ohne Zusatzstoff stärker reagiert haben, als die Fasern mit Zusatzstoff.
Es ist außerdem zu erkennen, daß die erfindungsgemäß verwendeten Calciumsilikatfasern je nach Zusatzmittel
bzw. Zusatzmenge unterschiedliche Reaktionswerte aufweisen.
Die Ergebnisse zeigen auch, daß sich die Verwendung einer Calciumsilikatfaser glasiger Struktur,
die ZnO als Zusatzstoff enthält, besonders zur Armierung von Beton anbietet.
Die modifizierten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur eignen sich als Zuschlagstoff zur Armierung von Beton
auf Tonerdezement- und Portlandzementbasis gleichermaßen. Sie erhöhen die Zugfestigkeit des Betons, auch ohne daß
dieser Stahlarmierungen trägt und damit zugleich dessen Biege- und Schlagfestigkeit, sowie seinen Widerstand
gegen Abplatzungen bei höherer Temperaturbeanspruchung. Die Armierung des Betons durch Glasfasern kann in vorteilhafter
Weise mit der durch Stahleinlagen kombiniert werden.
Die modifizierte Calciumsilikatfaser glasiger Struktur eignet sich darüber hinaus für die Herstellung anderer
Baumaterialien auf Zementbasis, insbesondere für solche, die bislang mit Asbestfasern armiert wurden, wie Edelputze,
Fertigmörtel und -putze, sowie Platten, Wellplatten, Druckrohre, Blumenkasten, Dachrinnen, Dachrinnenrohre
und andere als Asbestzementartikel gekennzeichnete Produkte.
Desweiteren ist die Verwendung der modifizierten Calciumsilikatfaser
in Baumaterialien auf Basis anderer
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anorganischer Bindemittel, wie z.B. Baukalk und Gips und in Baumaterialien auf Basis organischer Bindemittel
möglich. Auch die Verwendung als Füllstoff für Kunststoffe bietet sich an.
Ein weiteres interessantes Verwendungsgebiet ist der Sektor der hydrothermal gehärteten Betone.Hier dienen
die modifizierten Glasfasern ebenfalls als Zuschlag-, stoff zur Armierung des Betons. Sie reagieren im Autoklavprozess
mit der basischen Lösung nur unmerklich und bleiben daher in ihrer Formenfestigkeit nahezu erhalten.
Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang ihre helle Farbe, so daß die daraus hergestellten Calciumsilikatbetone
nicht nur in der Festigkeit verstärkt werden, sondern auch ihren hellen bzw. weißen Farbton
behalten.
Weiterhin ist es möglich, zahlreiche andere insbesondere flächenhafte Glasfaserzementartikel zu erzeugen und
wirtschaftlich einzusetzen, die sich wegen"ungeeigneter
Ε-Moduln mit Asbestfasern, nicht bewährt haben. .
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Claims (5)
- atentanspruche\ IL Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten ^ Calciumsilikatfasern glasiger Struktur zur Armierung von aus anorganischen Bindemitteln hergestellten Baumaterialien gemäß Hauptpatent, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zusatzstoffe modifizierte Fasern verwendet werden.
- 2. Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern, die als Zusatzstoffe ZnO, ZrO9, Cr0O-,, TiO9 allein oder im Gemisch enthalten, verwendet werden.
- 3. Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern, die o,l bis Io , insbesondere o, 5 bis 7 Gew.% des Zusatzstoffes, bezogen auf das Ausgangsgemisch, enthalten, verwendet werden.
- 4. Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern zur Armierung vcr Beton verwendet werden, deren Zusammensetzung in die Bereiche 15 bis 5o Gew.% CaO, 4o bis 65 Gew.% SiO2, 1 bis 2o Gew.% Al3O3 und 2 bis 5 Gew.% ZnO fällt.
- 5. Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet r daß Fasern verwendet werden, derer pH-Wert dem des jeweiligen Baumaterials entspricht bzw. möglichst nahe kommt.£09850/0626Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten modifizierten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur als Füllstoff für Kunststoffe..5Q98£i!/u82£
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| DE19742427770 DE2427770C3 (de) | 1974-06-08 | Glasfaserverstärktes Baumaterial |
Publications (3)
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| DE2427770C3 DE2427770C3 (de) | 1977-11-10 |
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Also Published As
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| DE2462413A1 (de) | 1977-01-20 |
| DE2462413B2 (de) | 1978-02-09 |
| DE2427770B2 (de) | 1977-02-17 |
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