DE2427770B2

DE2427770B2 - Glasfaserverstaerktes baumaterial

Info

Publication number: DE2427770B2
Application number: DE19742427770
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.-Ing. 6200 Wiesbaden Rauschenfels
Original assignee: Ausscheidung in: 24 62 413
Priority date: 1974-06-08
Filing date: 1974-06-08
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE2427770A1; DE2462413A1; DE2462413B2

Description

fällt, zum Zwecke gemäß Anspruch 1.

4. Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur, deren pH-Wert dem des jeweiligen Baumaterials entspricht bzw. möglichst nahe kommt, zum Zwecke gemäß Anspruch 1.

Gegenstand des Hauptpatents 23 15 851 ist die Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur zur Armierung von aus anorganischen Bindemitteln hergestellten Baumaterialien. Diese Calciumsilikatfasern glasiger Struktur haben die Zusammensetzung

10bis80Gew.-%CaO
35 bis 75 Gew.-% SiO₂
0 bis 20 Gew.-% Al₂O₃

und einen Gehalt an Verunreinigungen aus Eisen- und Alkalioxiden von insgesamt höchstens 2 Gewichtsprozent. Diese Fasern sind gegenüber basischen Lösungen wie sie im Beton angetroffen werden beständig. Das Ziehen der Fasern aus der geschmolzenen Phosphorschlacke ist wirtschaftlich, weil darin die CaO- und SiOrKomponente bereits homogen erschmolzen vorliegen.

Die Herstellbarkeit von Calciumsilikatfasern glasiger Struktur aus der Phosphorschlacke war überraschend, weil sie bekanntlich stark zur Kristallisation neigt und daraus durch einfaches Tempern kristalliner Wollastonit !hergestellt werden kann. Die Phosphorschlackenschmelze 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 AI2O3- und/oder SiO₂-haltige Stoffe wie z. B. Tonerde, Kaolin oder industrielle Abfallprodukte wie SiO₂-Staub Kugeben, um den Schmelzpunkt der Schlacke herabzusetzen. Des weiteren kann ein Verfahrensschritt eingespart werden, wenn die noch flüssige Schlacke im Anschluß an die Phosphorgewinnung gegebenenfalls unter Zusatz von Al₂O₃- und/oder SiO₂-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.-°/o betragen. Günstig ist es, wenn der Gehalt an Verunreinigungen maximal 1% beträgt. Es hat sich außerdem gezeigt, daß geringe Gehalte an Fluor 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 Calciunuilikatfasern glasiger Struktur bestimmte Stoffe in bestimmten Mengen zugesetzt werden.

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 TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, ZnO allein oder im Gemisch sowie diese Oxide enthaltende Produkte in Betracht. Die Zusatzmengen betragen 0,1 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Ausgangsgemenge. Besonders resistent im alaklischen Milieu von Beton sind Calciumsilikatfasern glasiger Struktur, die etwa 2 bis 5 Gew.-% ZnO enthalten und deren Zusammensetzung in die Bereiche 15 bis 50 Gew.-% CaO, 40 bis 65 Gew.-% SiO₂, 1 bis 20 Gew.-% AI₂O₃ 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 Glas-

faserbündeln mit einer Länge zwischen 0,05 und 5,0 cm und einem Durchmesser von 0,005 bis 0,05 mm. Sie besitzen einen hohen Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 5600 bis etwa 6400 kg/mm² und Zugfestigkeitswerte in der Größenordnung von 800 bis 1300 kg/cm². 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 10 Gew.-Teilen doppelt destilliertem Wasser geschüttelt und dann viermal im Laufe von zwei Wocher, der pH-Wert in der Flüssigkeit nach Absetzen des Feststoffes bestimmt Im Mittel ergaben sich die folgenden pH-Werte:

Tabelle 1

Material	Gehalt	an	CaO	pH-Wert
	S1O2
	in %
1. Kieselglasfaser	99	21	7,5
2. E-Glas-Faser	55	25	10,4
3. Glasfaser nach	60		10,9
Hauptpatent
Glasfaser gemäß
Erfindung mit		47
4. 3% TiCh	40	47	11,0
5. 3% CnCh	40	47	11,4
6. 30/0 ZrO₂	40	47,	11,5
7. 3% ZnO	40	47	11,7
8. 40/0 (T1O2 +ZnO	40		11,5
+Cr₂Oi +ZrO₂)

ι ο

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 180 Tage bei 20° C unter Wasser gelagert. Anschließend wurde der freie Ca(OH)rGehalt der Prismen chemisch ermittelt. Diese Werte wurden jeweils mit dem Wert der Prismen verglichen, die ohne Fasern hergestellt waren, >vobei dieser Wert gleich 100 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 180 Tagen für die verschiedenen Proben zusammenge-

Tabelle 2	ReI. Gehalt an
Prismen, hergestellt unter Zusatz	freiem Ca(OHJa
von 5%	nach 180 Tagen
	100
Ohne Zusatz	89
Fasern ohne Zusatzstoff	97
Fasern mit Zusatzstoff 3% TiO₂	100
3% ZrO₂	98
3% Cr₂Os	100
3% ZnO	99
4% (TiO₂+ ZrO₂+ Cr₂Os+ ZnO)

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 Portlcndzementbasis 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. Blumenkästen, Dachrinnen, Dachrinnenrohre und andere als Asbestzementartikel gekennzeichnete Produkte.

Des weiteren ist die Verwendung der modifizierten Calciumsilikatfaser 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 Füllstoff für Kunststoffe bietet sich an.

Ein weiteres interessantes Verwendungsgebiet ist der Sektor der hydrothermal gehärteten Betone. Hier dienen die modifizierten Glasfasern ebenfalls als Zuschlagstoff 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 dall 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.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur zur Armierung von aus anorganischen Bindemitteln hergestellten Baumaterialien gemäß Hauptpatent 23 15851, dadurch gekennzeichnet, daß durch ZnO, ZrO₂, Cr₂O₃, TiO₂ allem oder im Gemisch modifizierte Fasern verwendet werden.

2. Verwendung von aus Phosphorschlacke hergestellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur, JIe 0,1 bis 10, insbesondere 0,5 bis 7 Gewichtsprozent der Oxide bezogen auf das Ausgangsgemisch enthalten, zum Zwecke gemäß Anspruch 1.

3. Verwendung von aus Phosphorschlacke herge-

•5 stellten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur, deren Zusammensetzung in die Bereiche

15 bis 50 Gewichtsprozent CaO
40 bis 65 Gewichtsprozent SiO₂

1 bis 20 Gewichtsprozent Ai₂O3 und

2 bis 5 Gewichtsprozent ZnO