DE2856206A1 - Alkalibestaendige, synthetische mineralfasern - Google Patents
Alkalibestaendige, synthetische mineralfasernInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf alkalibeständige, synthetische Mineralfasern, insbesondere auf Mineralfasern
zur Verstärkung von zementartigen Produkten.
5 Zementartige Produkte, wie aus Beton hergestellte Produkte, die auf Portland-Zement oder anderen
Typen von Zement oder Mischungen von Zement und anderen Bindemitteltypen basieren, weisen zwar
eine hohe Druckfestigkeit, aber nur eine geringe 10 Biegungsfestigkeit auf.
Es ist bekannt, die Biegungsfestigkeit von zementartigen
Produkten dadurch zu erhöhen, daß in sie Fasern als Verstärkung eingebracht werden. Dabei
haben Asbestfasern als Verstärkungsmaterial in Zementprodukten weitverbreitete Verwendung gefunden,
und zwar zur Benutzung in der Bauindustrie.
Unglücklicherweise bringt die Verwendung von Asbestfasern ernsthafte Gesundheitsproblembe mit sich.
Daher ist die Benutzung von Asbestfasern bereits in einigen Ländern verboten worden und wird in
anderen Ländern sicherlich noch verboten werden.
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Es sind sehr viele Versuche unternommen worden, um Asbestfasern durch synthetische Mineralfasern
zu ersetzen, so z.B. durch Steinwollefasern, Schlacken und Glasfasern, um diese Fasern zur Ver-Stärkung
von zementartigen Produkten zu verwenden.
Die zementartigen Produkte, die mit synthetischen Mineralfasern verstärkt sind, weisen jedoch keine
voll zufriedenstellenden Festigkeitseigenschaften
auf, weil die Mineralfasern keine genügende Beständigkeit
gegen die Einwirkung von Alkaliverbindungen des Zementmaterials besitzen, um zu verhindern,
daß die Fasern teilweise oder vollständig z™'-setzt werden.
Gemä^ der deutschen Auslegeschrift 1 796 213 wurde
versucht, die Alkalibeständigkeit von Glasfasern durch Umhüllen der Fasern mit Methylsiloxan zu erhöhen
und ferner durch Herstellen der Glasfasern aus einem Aupgangsmaterial, so daß die hergestellten
Fasern eine Zusammensetzung besitzen, die innerhalb
der folgenden Bereiche fallen:
SiO2: | 35-47 | Gewichts-% | und entweder |
Al2O3: | 5-18 | Il | oder |
FeO+Fe ο | : 2-15 | Il | |
CaO: | 2-23 | Il | |
MgO: | 1-30 | It | |
Na2O+K2O: | bis zu 4 | Il | |
TiO2: | 11 10 | Il | |
Zr0? : | 11 10 | Il | |
ZnO: · | 11 5 | It | |
wobei die Summe von CaO und MgO von 14 bis 18 Gewichts-%
reicht.
909828/07 59
Die Erfindung basiert auf debailierten Untersuchungen
in bezug auf den Einfluß von verschiedenen Oxiden auf die Biegungsfestigkeit und Alkalibeständigkeit
der Fasern, die au? einer Mischung von solchen Oxiden hergestellt sind. Während dieser
Untersuchungen wurde gefunden, daß außer der Biegungsfestigkeit und der Alkalibeständigkeit der
Fasern ein weiterer Faktor, nämlich die Viskosität der Schmelze in Betracht gezogen werden muß, um
Fasern zu erhalten, die geeignet für eine wirtschaftliche Herstellung sind. Es wurde ferner gefunden,
daß die Mischungen, die einen hohen Anteil von Alkali komponenten besitzen, keine Schmelzen bilden, die
eine geeignete Viskosität für die Faserherstellung
15 mit sich bringen.
Basierend auf umfassenden Untersuchungen und Computer
Kalkulationen wurde herausgefunden, daß synthetische
Mineralfasern mit hoher Biegungsfestiqkeit und
Alkalibeständigkeit aus Schmelzen hergestellt werden können die eine zufriedenstellende Viskosität
besitzen.
Demgemäß liegt der Erfindung dio Aufgabe zugrunde, Mineralfasern zu schaffen, die sowohl eine hohe
Biegungsfestigkeit als auch eine große Alkalibeständigkeit aufweisen und für wirtschaftliche Fertigung
geeignet sind.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Fasern folgende Zusammensetzung aufweisen:
909828/07 5 9
-A-
SiO2 : | 42-50 | Gewichts—% |
A12°3: | 8-13 | tt |
Eisenoxide (berücksichtigt FeO) |
6-11 | 11 |
CaO: | 4-11 | tr |
MgO: | 17-22 | tt |
TiO2: | 0.5-3 | tt |
R 0: | 0.5-3. | 5 " |
wobei R ein Alkalimetall darstellt.
Schmelzen, die eine Zusammensetzung entsprechend
den obigen Faserzusammensetzungen besitzen, haben
ο ς ρ«-. ο
eine Viskosität von etwa. 5 Poise)bei etwa 1500 C.
Dies ist eine vollkommen zufriedenstellende Viskosität,
da es sehr wohl bekannt ist, daß die Schmelzenviskosität von etwa 5 bis etwa 10 Poise bei
1500 C betragen sollte, um für die Faserherstellung geeignet zu sein.
Die Alkalibeständigkeit der erfindungsgemäßen
Fasern wurde bestimmt unter Benutzung des Alkalibeständigkeits-Kurzzeittestes, der von Majumdar,
A.J., und Ryder, J.F., "Glass Fibre Reinforcement
of Cement Products", Glass Technology, Volume 8, No. 3 (Juni 1968).
Die Festigkeit und AlkaL.beständigkeit der erfindungsgemäßen
Fasern sind aus der Tabelle des nachfolgenden Ausführungsbeispieles zu entnehmen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf zementartige Produkte, die mit den oben erläuterten alkalibe-
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ständigen, synthetischen Mineralfasern verstärkt
sind.
Wenn die synthetischen Mineralfasern aemäß der Erfindung
für die Verstärkung von zementartigen Produkten, wie beispielsweise Produkten, die auf
Portland-Zement, Calcium-Silikat oder ähnlichen alkalischen Bindemitteln basieren, liegt der
Mittelwert des Durchmessers der Fasern vorteilhafterweise
zwischen 3 bis 15Μτυϊ. Wenn der Mittelwert
des Durchmessers geringer als 3jWffl beträgt,
ist die Verminderung der Festigkeit hervorgerufen durch die Alkalikomponenten des Materials außerordentlich
hoch. Wenn auf der anderen Seite die Fasern einen Mittelwert des Durchmessers aufweisen,
der lSfljtffljberFteiqt, so sollten diese vorteilhafterweise
nicht benutzt werden, weil die Verstärkung je Flächeneinheit eines Querschnittes
des faserverstärkten Produktes in dem Maße ab-
20 sinkt wie der Faserdurchmesser zunimmt.
Die Erfindung wird in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel in weiteren Einzelheiten beschrieben,
wobei die Herstellung von synthetischen 5 Mineralfasern von unterschiedlichen Zusammensetzungen
veranschaulicht wird.
Synthetische Mineralfasern wurden aus den folgenden Anfangsmaterialien hergestellt: Diabas, Kalk,
Magnesit, Korund, Titandioxid und Quartz. Die Mischung des Anfangs- bzw. Ausgangsmaterials wurde
in einem Schmelztiegel geschmolzen und die Schmelze
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-έ -
wurde mittel? einer Kaska/den-Soinnmaschine in
Fasern umgewandelt.
Die Zusammensetzungen der so hergestellten Fasern
und ihre Eigenschaften sind aus der folgenden Tabelle zu ersehen:
909828/0759
Zusammensetzung: SiO-, Gewichts-%
Al2O,
Eisenoxide,
wie FeO, Gewichts-%
CaO, | It | |
CD | MgO, | It |
CO CO |
TiO2, | ti |
R2O, | ti | |
co | ||
"•^ | Eigenschaften | |
O | ||
Ro | 1) | L | HSl | .5 | HS 2 | .5 | HS3 | 5 | FSl | FS2 | .5 | FS3 | FS4 | FS5 | .5 | FS6 |
47 | .0 | 47 | 46 | .0 | 47 | .0 | 43. | 5 | 48.0 | 48 | .5 | 48.0 | 48.5 | 48 | .5 | 49.0 |
13 | .5 | 9, | 10 | .5 | 12 | .5 | 12. | 5 | 11.5 | 11 | .0 | 11.5 | 12.5 | 9 | C | 9.5 |
8 | .0 | ο ( | 7 | .5 | 8 | .0 | 8. | 0 | 8.0 | 6 | .5 | 7.0 | 7.5 | 6 | .0 | |
15 | .5 | 9, | 9 | .0 | 8 | .0 | 11. | 5 | 7.5 | 6 | .5 | 7.0 | 8.5 | 9 | .0 | 8.5 |
10 | .0 | 22. | 19 | .0 | 17 | .5 | 19. | 0 | 19.5 | 20 | .0 | 20.5 | 17.0 | 20 | .0 | 19.5 |
2 | .5 | 2. | 2 | .5 | 1 | .0 | 1. | 0 | 1.5 | 2 | .0 | 1.5 | 2.0 | 2 | .5 | 2.0 |
3 | .5 | 1. | 2 | 860 | 3 | 1128 | 3. | 1 | 3.0 | 3 | 766 | 3.0 | 3.0 | 2 | 587 | 2.5 |
900 | 70 | 47 | 866 | 768 | 598 | 539 | ||||||||||
.0 | 73 | Sg | 95 | 70 | 94 | 76 | 84 | 95 | ||||||||
25 | .0 | |||||||||||||||
.0 | ||||||||||||||||
.5 | ||||||||||||||||
.0 | ||||||||||||||||
,0 | ||||||||||||||||
.5 | ||||||||||||||||
1141 | ||||||||||||||||
67 |
Festigkeit, MPa
Alkalibeständigkeit 2), %
Azidität 3)
(berechnet) 1.39 1.06 1.17 1.33 1.10 1.26 1.30 1.26 1.36 1.21 1.25
1) Ro = Zusammensetzung eines bekannten Steinwollproduktes.
2) Gemessen durch den oben erläuterten Alkalibeständigkeits-Kurzzeittest.
3) Die Azidität (Säure), welche im Zusammenhang mit der Schmelzenviskosität steht,
ist als Verhältnis von Säure- zu Alkali-Bestandteilen der Mischung des Ausgangsmaterials berechnet worden. .
cn cn rv ο
Wie aus den obigen Angaben hervorgeht, besitzen die erfindungsgemäßen Pasern im wesentlichen die
gleiche Festigkeit, wie sie bei Steinwollfasern bekannt ist, wobei diese aber eine wesentlich
höhere Alkalibeständigkeit aufweisen. Ferner ist zu beachten, daß die mit der Viskosität zusammenhängende
Azidität der Schmelze, aus welcher die Fasern hergestellt sind und welche vorzugsweise
im Bereich von lf05 bis lr50 liegen sollten, vollkommen
annehmbar into
ΘΘ9828/0759
Claims (1)
- Patentansprüche:l) Alkalibeständige, synthetische Mineralfasern,gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung
SiO2: 42-50 Gewichts- Al2O3: 8-13 tt Eisenoxide
(berücksichtigt
FeO) :6-11 »1 CaO: 4-11 Il MgO: 17-22 tt TiO2: 0.5-3 tt R 0: 0.5-3. 5 " wobei R ein Alkalimetall ist.ο Faserverstärktes zementartiges Produkt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Faserverstärkung alkalibeständige, synthetische Mineralfasern mit folgender Zusammensetzung aufweist:ORIGINAL INSPECTED 909828/0759SiO?: 42-50 Gewichts-% Al2O3: 8-13 Il Eisenoxide
(berücksichtigt
FeO) :6-11 Il CaO: 4-11 Il MgO: 17-22 Il TiO2: 0,5-3 Il R2O: 0,5-3, 5 " wobei R ein Alkalimetall ist.3 ο Faserverstärktes zementartiges Produkt nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,daß die Mineralfasern einen mittleren Durchmesser zwischen 3 und 15nffl aufweisen.4. Faserverstärktes zementartiges Produkt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zementmaterial Portland-Zement enthält./ Γ) 7 R 9
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