DE2656002A1

DE2656002A1 - Glas hoher alkalibestaendigkeit, aus ihm hergestellte glasfasern, verfahren zu ihrer herstellung und mit glasfasern bewehrtes zementerzeugnis

Info

Publication number: DE2656002A1
Application number: DE19762656002
Authority: DE
Inventors: Ion Cotea; George Filipas; Dan Nicolescu; Christian Pvelescu; Dumitru Dr Ing Tentulescu
Original assignee: INST DE CERCETARI PROIECTARI
Current assignee: INST DE CERCETARI PROIECTARI
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1978-06-15

Description

Glas hoher Alkalibeständigkeit, , aus ihm hergestellte
Glasfasern, Verfahren zu ihrer Herstellung und mit Glasfasern bewehrtes Zement erzeugnis Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, Zementerzeugnisse mit Glasfasern zu bewehrten.
Die Bewehrung von Zement erz eugnissen mit Fasern ist bekannt. Die überall verwendeten Asbestzementerzeugnisse sind mit in natürlichen Vorkommen gefundenen Asbestzementfasern bewehrt und zeigen, wie Fasern in der Lage sind, einem Zementerzeugnis hohe Stabilität zu geben.
Nun sind die natürlichen Vorkommen für Asbestfasern beschränkt. In diesen natürlichen Vorkommen liegen die Asbestfasern in unterschiedlichen Längen vor. Ihre Länge ist jedoch immer klein gegenüber der Länge von ktinstlich hergestellten Mineralfasern, die z.B. aus Hochofenschlacke hergestellt werden oder gegenüber von Glasfasern. Die Zwänge der Faser spielt aber eine erhebliche Rolle für die erzielbare Festigkeit und Stabilität eines Zementerzeugnisses.
Aus diesem Grunde hat man versucht, beliebig lang herstellbare Mineralfasern, die aus Hochofenschlacke hergestellt werden, und Glasfasern als Bewehrung in Zementerzeugnissen einzusetzen. Diese Versuche sind aber daran gescheitert, daß die verwendeten lasern nicht genügend widerstandsfähig gegenüber den alkalischen Einflüssen von Zementmörteln und Beto4waren.
Denn die verwendeten Alkaliglasfasern und auch die verwendeten Borsilikat-Glasfasern vom Typ E zeigten nur kurze Widerstandsperioden gegenüber den alkalischen Einflüssen von Zementmörtel und Beton.
Da Glasfasern gegenüber Asbestfasern erheblich bessere zigenschaften haben, versuchte man, sie mit einer Schicht von Polymeren organischer Stoffe zu umhüllen und sie dann als Bewehrungsmaterial in Zementerzeugnisse einzusetzen. Aber auch diese Versuche sind gescheitert, weil die eingesetzten organischen Stoffe vom Polymertyp nur eine Teil-Adhäsion besitzen, was dazu führte, daß immer wieder beim Hantieren mit den Glasfasern sich die Folymerschicht an verschiedenen Stellen der Glasfaser löste, so daß die alkalischen lösungen aus den Zementmassen.Zutritt zur Faser hatten und die Faser in kurzer Zeit zerstörten.
Die vorliegende Erfindung schafft nun ein Glas, welches gegen Alkalien hoch widerstandsfest is-t und welches in zu Glasfasern versponnenem Zustand als Bewehrung für Zementerzeugnisse hervorragend geeignet ist.
Das Glas und die aus ihm hergestellten Glasfasern haben erfindungsgemäß folgende Zusammensetzung: iO - 75% Si02 0,1 - 10% Oa0 0 - 8% MgO 3 - 15% Na20 5 - 20% ZrO2 0 - 10% Al205 maximal 1,5% Fe2O3 maximal 2% TiO2 maximal 0,3% P2O5.
Es handelt sich hier um ein Gleichgewichtsphasensystem der Stoffe: SiO2-CaO-MgO-Na2O-ZrO-Al2O3.
In diesem Gleichgewichtsphasensystem können Verunreinigungen, wie Fe2O3, welches aber nicht 1,5 Gewichtsprozent überschreiten darf, TiO2, welches aber nur maximal 2 Gewichtsprozent betragen darf und P2O5 von maximal 0,3% enthalten sein. Diese Unreinigkeiten sollten nicht in größeren Quantitäten vorhanden sein, da sie die Kristallisationsneigung der Glasschmelze vergrößern und die chemische Stabilität vermindern, die Faserbildung erschweren und den thermischen Gradienten in der geschmolzenen Glasmasse erhöhen. Sie wirken auch korrosiv auf das Platin ein, aus welchem die Spinndüsen gefertigt sind. liegen die Verunreinigungen unterhalb der angegebenen Prozentgrenzen, dann lassen sich Gläser aus diesem System sehr gut zu Fasern verarbeiten, und zwar zu längen Masern, die kontinuierlich durch Herausziehen aus der Spinneinrichtung erhalten werden0 'ür die Herstellung dieses Glases und der aus ihm hergestellten Glasfasern geht man so vor, daß ein Glasschmelzofen mit einem Glasbehälter von niedriger Tiefe verwendet wird, in dessen Schmelzmasse elektroden tief eingetaucht sind und der Heizvorrichtungen für das Beheizen der Oberfläche der Schmelzflamme mit einer Gasflamme sowie ein oder zwei Homogenisierungs-Barragen (Sperren oder Wehre für den Glasfluß) aufweist, daß in diesem Ofen die Glasmasse auf eine Temperatur von über 1430° gebracht wird, wobei die Oberfkäche der Glasschmelze durch Beheiung mit Gasflammen von oben zusätzlich beheizt wird und daß aus dieser flüssigen Schmelze Glasfasern in einer Ziehdüse gezogen werden Für das Schmelzen wird eine Temperatur von über 1430° in Anwendung gebracht, während die Temperatur, bei der die Schmelze flüssig ist, bereits bei ungefähr 1100°C liegt.
In der Schmelze vermeidet man einen höheren Gehalt an Eisenoxyden, da diese zu einem hohen thermischen Gradienten fuhren und in der Schmelzmasse die Gefahr eines kristallisierens erhöhen. ZrO2 setzt die Beständigkeit der Glasfaser gegenüber einem Angriff von alkalischen Medien herab und erhöht die Neigung zur Kristallisation. Da sich ZrO2 jedoch nicht vollständig in einer Schmelze vermeiden lässt, werden die Fasern bei etwas höherer Temperatur als es bei Glas üblich ist, zu Fasern ausgezogen.
Um die Kristallisiermögliclilceiten einzuschränken, verwendet man Schmelzöfen mit einem Glasbehälter von niedriger Tiefe, in welchen das Schmelzen durch Einführen durch Elektroden in die Schmelzmasse ausgeführt wird. Verwendet werden vorzugsweise Molibdenelektroden, insbesondere im Falle eines höheren thermischen Gradienten, Die Oberfläche der Glasschmelze wird mit einer Gasflamme erhitzt. Unter diesen Bedingungen gelangt die geschmolzene Glasmasse ohne Kristallisationskeime zur Spinndüse, aus der sie bei genügend hoher Temperatur ausgezogen wird, um eine Kristallisierung in der Ziehdüse zu vermeiden. lPür normale Beanspruchungsverhältnisse wird diese Ziehdüse aus einer legierung Flatin-Rhodium hergestellt0 Die Schmelzöfen haben in der Schmelzzone ungefähr eine Tiefe von 600 mm. Die Beschickung dieser Öfen erfolgt mit einem Rohstoffgemisch, welchem auch Spinnabfall oder Granalien derselben chemischen Zusammensetzung hinzugefügt wird. Die Öfen sind mit einer oder zwei Barragen versehen, um eine gute Homogenisierung der Glaszusammensetzung zu erreichen und um den Durchfluß fester Binschlüsse in der Schmelzmasse zu verhindern.
Die Spinndüsen werden unter den Schmelzmasse-Versorgungskanälen in kreuzförmiger oder paralleler Anordnung angebracht.
Die auf diese Weise erzeugten Glasfasern eignen sich in hervorragender Weise als Bewehrungsmaterial für Zementerzeugnisse. Sie weisen eine sehr hohe chemische Stabilität gegenüber alkalischen Medien auf, insbesondere solchen, die bei der Verarbeitung von Zement auftreten. Dabei kann die Verarbeitung des Glasmateriales in Vorrichtungen erfolgen, die sonst für die Verarbeitung von 1-Glas zu Glasfasern benutzt werden. Je nach den aufgestellgen technischen Bedingungen können die Masern einen Durchmesser von 3 - 15 Nicron haben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Glas, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: 40 - 75% SiO2 0,1 - 10% CaO 0 - 8% MgO 3 - 15% Na2O 5 - 20% ZrO2 O - 1096 Al203 maximal 1,5% Fe2O3 maximal 2% TiO2 maximal 0,3% P2O5.
2. Glasfaser, gekennzeichnet durch hohe Alkalibeständigkeit und die Zusammensetzung: 40 - 75% SiO2 0,1 - 10% 0a0 0 - 8% MgO 3 - 15% Na2O 5 - 20% ZrO2 0 - 10% Al2O3 maximal 1,5% Fe2O3 maximal 2, iO2 maximal 0,3% P2O5.
3. Verfahren zur Herstellung von Glas nach Anspruch 1 und Glasfasern nach Anspruch 2 durch Schmelzen in einem Glasschmelzofen und eventuelles anschließendes kontinuierliches Spinnen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glasschmelzofen mit einem Glasbehälter von niedriger Tiefe verwendet wird, in dessen Schmelzmasse Elektroden tief einge-taucht sind und der Heizvorrichtungen für das Beheizen der Oberfläche der Schmelzflamme mit einer Gasflamme sowie ein oder zwei Homogenisierungs-Barragen (Sperren oder Wehre für den Glasfluß) aufweist, daß in diesem Ofen die Glasmasse auf eine Temperatur von über 1.430° gebracht wird, wobei die Oberfläche der Glasschmelze durch Beheizung mit Gasflammen von oben zusätzlich beheizt wird und daß aus dieser flüssigen Schmelze Glasfasern in einer Ziehdüse gezogen werden.
4. Zementerzeugnis, bestehend aus mindestens einem Zuschlagstoff und abgebundenem Zement, gekennzeichnet durch eine Bewehrung aus Glasfasern der Zusammensetzung 40 - 75% SiO2 0,1 - 10% CaO 0 - 8% MgO 3 - 15% Na2O 5 - 20% ZrO2 0 - 10% Al2O3 maximal 1,5% Fe2O3 maximal 2% TiO2 maximal 0,3% P2O5.