DE2427772C3

DE2427772C3 - Verwendung von durch Zusatzstoffe modifizierten Calciumsilikatfasern glasiger Struktur zur Armierung von Baumaterialien

Info

Publication number: DE2427772C3
Application number: DE19742427772
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.-Ing. 6200 Wiesbaden Rauschenfels
Original assignee: Dyckerhoff Zementwerke AG
Current assignee: Dyckerhoff GmbH
Priority date: 1974-06-08
Filing date: 1974-06-08
Publication date: 1982-03-18
Also published as: AT370400B; BE829827A; FR2273775A1; DE2427772A1; NL7506645A; FR2273775B1; CH603509A5; DE2427772B2; ATA427075A

Description

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 23 65 392 wird die Verwendung von Calciumsilikatfasem glasiger Struktur zur Armierung von aus anorganischen Bindemitteln hergestellten Baumaterialien beschrieben. Die chemische Zusammensetzung dieser Fasern fällt in die Bereiche von 10 bis 60 Gewichtsprozent CaO, 35 bis 75 Gewichtsprozent SiO₂ und O bis 20 Gewichtsprozent Al₂Oj, wobei die bevorzugte Zusammensetzung 15 bis 50 Gewichtsprozent CaO, 40 bis 65 Gewichtsprozent SiO₂ und 1 bis 20 Gewichtsprozent AI₂O₃ enthält. Sie werden aus einer synthetischen Schmelze hergestellt und sind gegenüber basischen Lösungen, insbesondere gegen Lösungen, wie sie in Beton angetroffen werden, beständig.

Die Herstellbarkeit von Calciumsilikatfasem glasiger Struktur aus der Schmelze war überraschend, weil sie bekanntlich stark zur Kristallisation neigt und daraus durch einfaches Tempern kristalliner Wollastonit hergestellt werden kann.

Die Schmelze wird nach bekannten Verfahren zu Glasfasern verarbeitet.

Die natürlichen Verunreinigungen der Schmelze auf Grund der Rohstoffe bestehen insbesondere aus Alk'ali- und Eisenoxiden, Sie sollen in den Fasern insgesamt höchstens 2 Gewichtsprozent 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 den aus der DE-AS 19 42 991 bekannten Produkten mit einem wesentlichen Anteil an Kristallphase und bis zu 11% Fe₂O₃ und Alkalioxiden 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 Calciumsilikatfasem glasiger Struktur bestimmte Stoffe in bestimmten Mengen zugesetzt werden.

κι Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß die Verwendung von Calciumsilikatfasem glasiger Struktur der Zusammensetzung

10 bis 60 Gewichtsprozent CaO,
35 bis 75 Gewichtsprozent SiO₂,
¹' 0 bis 20 Gewichtsprozent Al₂Oj,

einem Gehalt an Verunreinigungen aus Eisen- und Alkaliociden von insgesamt höchstens 2 Gewichtsprozent, die durch ZnO, ZrO₂, Cr₂Oj, TiO₂ allein oder im

2(i Gemisch oder durch diese Oxide enthaltende Produkte modifiziert sind, zur Armierung von anorganisch gebundenen Baumaterialien. Die Zusatzmengen betragen 0,1 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 7 Gewichtsprozent, bezogen auf das Ausgangsgemenge. Besonders resistent im alkalischen Milieu von Beton sind Calciumsilikatfasem glasiger Struktur, die etwa 2 bis 5 Gewichtsprozent ZnO enthalten und deren Zusammensetzung in die Bereiche 15 bis 50 Gewichtsprozent CaO, 40 bis 65 Gewichtsprozent SiO₂, 1 bis 20 Gewichtsprozent AI₂O₃

jo fällt.

Die Zusatzstoffe werden dem Ausgangsgemenge beigemengt, worauf es geschmolzen wird und dann nach bekannten Verfahren Glasfasern gezogen werden. Man kann aber auch die Zusatzstoffe der flüssigen Schmelze

j) zugeben und diese dann sofort oder nach Granulierung und Schmelzen zu Glasfasern verarbeiten.

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.

4i Mittels Röntgenbeugungsanalysen konnte festgestellt werden, daß die erfindungsgemäß verwendeten modifizierten Calciumsilikatfasem keine kristalline Phase aufweisen, sondern vollkommen glasig erstarrt sind.
Aus der folgenden Tabelle 1 p°ht hervor, daß der

-,ο pH-Wert der Glasfasern durch die genannten Zusatzstoffe veränderbar ist. Die pH-Werte wurden wie folgt ermittelt: jeweils 7 Gewichtsteile Glasfasern, jeweils etwa gleicher Länge und gleichen Durchmessers, wurden in Kunststoffgefäßen mit 10 Gewichtsteilen

",5 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

Material

Gehalt an

SiO₂ in %

CaO

in %

1. Kieselglasfaser

2. E-Glas-Faser

99
55

21

pH-Wert

7,5
10,4

pH-Won

10,9

11,1
IU
11.4
11,7
11,5

Darüber hinaus kann der pH-Wert selbstverständlich auch durch vlie jeweils gewählten Zusatzmengen eingestellt werden. Bei Kenntnis des pH-Wertes der

Material	C"ichi\|.l	an	Cat)
	SiO.·	ill "ι
	in "-'"	25
3. Glasfaser	60
gemäß DE-OS
23 65 392		46
Glasfaser gemäß	41
Erfindung mit
4. 3,2% TiO-.
5. 3,1% CnO₃
6. 4,1% ZrO,
7. 2,9% ZnO
8. 43% (TiO₂, Cr₂O₃,
ZrO₂, ZnO

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 erhärteten! Beton anzutreffen ist, wurden Prismen der Größe 1 χ 1 χ 6 cm eingeschlagen und 180 Tage bei 20⁰C unter Wasser gelagert Anschließend wurde der freie Ca(OH)₂-GehaIt 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	Relativer Gehalt an
Prismen, hergestellt unter Zusatz	freiem Ca(OHk
von 5%	nach 180 Tagen
	100
Ohne Zusatz	90
Fasern ohne Zusatzstoff
Fasern mit Zusatzstoff	96
? 2% TiO₂	97
3,1% Cr₂O₃	100
4.Γ4 ZrO₂	99
2,9% ZnO

43% (TiO₂, Cr₂O₃, ZrO₂, ZnO) 100

Es ist zu erkennen, daß die Fasern ohne Zusatzstoff stärker reagiert haben, als die Fasern mit Zusatzstoff. Es ist außerdem zu erkennen, daß die erfindungsgemäS 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, Blumenkästen, Dachrinnen, Dachrinnenrohre und andere al? 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.

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 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 Calciumsilikatfasem glasiger Struktur der Zusammensetzung

10 bis 60 Gewichtsprozent CaO₁
35 bis 75 Gewichtsprozent SiO₂,
0 bis 20 Gewichtsprozent AIjO₃,

einem Gehalt an Verunreinigungen aus Eisen- und Alkalioxiden von insgesamt höchstens 2 Gewichtsprozent, die durch ZnO, ZrO₂, Cr₂Oj, TiO₂ allein oder im Gemisch oder durch diese Oxide enthaltende Produkte modifiziert sind, zur Armierung von anorganisch gebundenen Baumaterialien.

2. Verwendung von Calciumsilikatfasem nach Anspruch 1, die 0,1 bis 10 Gewichtsprozent des Zusatzstoffes, bezogen auf das Ausgangsgemisch, enthalten, für den Zweck des Anspruchs 1.

3. Verwendung von Calciumsilikatfasem nach Anspruch i und 2, deren Zusammensetzung in den Bereichen 15 bis 50 Gewichtsprozent CaO, 40 bis 65 Gewichtsprozent SiO₂, 1 bis 20 Gewichtsprozent Al₂O₃ und 2 bis 5 Gewichtsprozent ZnO fällt, für den Zweck des Anspruchs 1.

4. Verwendung von Calciumsilikatfasem nach Anspruch 1 bis 3, deren pH-Wert dem des jeweiligen Baumaterials entspricht bzw. möglichst nahe kommt, für den Zweck des Anspruchs 1.