DE2462413B2

DE2462413B2 - Verwendung modifizierter phosphorschlacke zur herstellung von glasfasern

Info

Publication number: DE2462413B2
Application number: DE19742462413
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.-lng 6200 Wiesbaden Rauschenfels
Original assignee: Dyckerhoff Zementwerke AG
Current assignee: Dyckerhoff GmbH
Priority date: 1974-06-08
Filing date: 1974-06-08
Publication date: 1978-02-09
Also published as: DE2427770A1; DE2427770B2; DE2462413A1

Description

Gegenstand des Patents 23 15 851 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 10 bis 60 Gew.-% CaO, 35 bis 75 Gew.-°/o SiO₂ und 0 bis 20 Gew.-% Al₂O₃. Sie werden aus der bei der elektrothermischen 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 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 Tonerde, Kaolin oder industrielle Abfallprodukte, wie SiO₂-Staub zugeben, 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 AI2O3- 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.-% betragen. Günstig ist es, wenn der Gehalt an Verunreinigungen maximal nur 1 Gew.-% 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 Calciumsilikatfasern glasiger Struktur bestimmte Stoffe b5 in bestimmten Mengen zugesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß die Verwendung von durch Zusatzstoffe modifizierter Phosphorschlacke zur Herstellung von alkaliresistenter Glasfasern. Diese können mit Vorteil in Baumaterialien Verwendung finden, da durch die Zusatzstoffe dei pH-Wert der Glasfasern in Wasser variiert und damii dem jeweiligen pH-Wert des Baumaterial-Milieu; angepaßt werden kann.

Als; Zusatzstoffe kommen ZuO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O; 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 da; Ausgangsgemenge.

Die Zusatzstoffe werden der Stückschlacke oder derr granulierten glasigen Schlackensand beigemengt, worauf das Gemenge geschmolzen wird und dann nach bekannten Verfahren Glasfasern gezogen werden. Mar 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 Verfahrensschriti eingespart.

Bevorzugt werden Glasfasern insbesondere in Form von endlosen Glasfaserbündeln, Glasfasermatten, seilähnlichen Ausführungen oder Abschnitten von Glasfaserbündeln 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 ermittel: 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 Wochen der pH-Wert in der Flüssigkeit nach Absetzen des Feststoffes bestimmt. Im Mittel ergaben sich die folgenden pH-Werte:

Tabelle 1

Material

Gehalt an
S1O2 CaO
in %

pH-Wert

1. Kieselglasfaser

2. E-GIas-Faser

3. Glasfaser nach Patent
23 15 851

Glasfaser gemäß Erfindung mit

4. 3 Gew.-% T1O2

5. 3 Gew.-% CnOs

6. 3 Gew.-% ZrOj

7. 3 Gew.-% ZnO

8. 4 Gew.-%

(T1O2 + ZnO + CnOa + ZrO₂)

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 Verwenbarkeit bestimmbar, d. h., daß die jeweilige Verwendung nach dem pH-Wert des Baumaterial-Milieus gewählt

99	—	7,5
55	21	10,4
60	25	10,9
40	47	11,0
40	47	11,4
40	47	11,5
40	47	11,7
40	47	11,5

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 6cm eingeschlagen und 180 Tage bei 20°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 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 zusammengestellt.

Tabelle 2

Prismen, hergestellt unter Zusatz
von 5 Gew.-%

ReI. Gehalt an
freiem Ca(OH)2 nach 180 Tagen

Ohne Zusatz 100

Fasern ohne Zusatzstoff 89

Fasern mit Zusatzstoff 3% T1O2 97

3% ZrO2 100

3% Cr2Ü3 98

3% ZnO 100

4% (T1O2 + Ζ1Ό2 + CnOs + ZnO) ,99

Es ist zu erkennen, daß die Fasern ohne Zusatzstoff stärker reagiert haben als die Fasern mit Zusatzstoff und daß die erfindungsgemäßen Fasern je nach Zusatzmittel bzw. Zusatzmenge unterschiedliche Reaktionswerte aufweisen. Die Ergebnisse zeigen auch, daß sich die Verwendung erfindungsgemäßer Fasern, die ZnO als Zusatzstoff enthalten, besonders zur Armierung von Beton anbieten.

Die Fasern eignen sich als Zuschlagstoff zur Armierung von Beton auf Toneerdezement- 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 Faserstruktur eignet sich darüber hinaus für die Herstellung anderer Baumaterialien auf Zementbasis, insbesondere für solche, die bislang mit Asbestfasern armiert werden, wie Edelputze, Fertigmörtel und -putze, sowie Platten, Wellplatten, Druckrohre, Blumenkasten, Dachrinnen, Dachrinnenrohre und andere als Asbestzementartikel gekennzeichnete Produkte.

Des weiteren ist ihre Verwendung 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 Verwendungsgbiet ist der Sektor der hydrothermal gehärteten Betone. Hier dienen die Fasern 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 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.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Phosphorschlacke, die durch ZnO, ΊΠΟ2, ZrOi, O2O31 Hein oder im Gemisch oder durch diese Oxide enthaltende Produkte modifiziert ist, zur Herstellung von alkaliresistenten Glasfasern.

2. Verwendung von durch 0,1 bis 10, insbesondere 0,5 bis 7 Gew.-°/o der Oxide, bezogen auf das Ausgangsgemisch modifizierter Phosphorschlacke, für den Zweck des Anspruchs 1.