AT394709B - Alkaliresistente, synthetische mineralfasern sowie mit derartigen fasern verfestigte zementprodukte - Google Patents

Description

AT 394 709 B

Die Erfindung betrifft alkaliresistente, synthetische Mineralfasern. Solche Fasem werden insbesondere zur Verstärkung von Zementprodukten eingesetzt

Zementartige Produkte, wie Produkte aus Beton, auf Basis von Portlandzement oder anderen Zementarten oder Mischungen aus Zement und anderen Arten von Bindemitteln zeigen hohe Druckfestigkeit jedoch geringe Zug-5 festigkeit

Es ist bekannt die Zugfestigkeit von Zementprodukten durch Einarbeiten von faserigen Verstärkungen zu erhöhen. Als Verstärkungsmaterial fanden Asbestfasem in Zementprodukten für die Bauindustrie weitverbreitete Anwendung.

Asbestfasem verursachen ernste gesundheitliche Probleme, weshalb ihre Verwendung in manchen Ländern 10 verboten wurde und in anderen Ländern noch verboten werden wird.

Es wurden mannigfaltige Anstrengungen unternommen, in faserverstärkten Zementprodukten Asbestfasem durch synthetische Mineralfasern zu ersetzen, beispielsweise durch Gesteinsfasem, Schlackenwollefasem oder Glasfasan.

Durch synthetische Mineralfasern verstärkte Zementprodukte zeigten nicht voll befriedigende Festigkeitsei-15 genschaften, weil Mineralfasern nicht genügend Widerstandsvermögen gegen den Angriff durch die alkalischen Komponenten der Zementmatrix besitzen, sodaß eine ganze oder teilweise Zerstörung der Fasem nicht zu verhindern war.

Gemäß der DE-AS 1796 213 versuchte man, die Alkalibeständigkeit von Glasfasern dadurch zu verbessern, daß man sie mit einem Methylsiloxan überzog und die Glasfasern aus solchen Ausgangsmaterialien herstellte, 20 daß die helgestellten Fasan eine Zusammensetzung im folgenden Bereich hatten: s* OO 35 - 47 Gew.-% A1203: 5 -18 Gew.-% FeO + Fe2Ü3: 2-15 Gew.-% CaO: 2-23 Gew.-% MgO: 1-30 Gew.-% Na?0 + K9O: bis zu 4 Gew.-% Ti02: bis zu 10 Gew.-% ..... Zr02: bis zu 10 Gew.-% .... .... oder ZnO: bis zu 5 Gew.-% , wobei die Summe von CaO und MgO 14 bis 38 Gew.-% beträgt.

Es ist bekannt, daß Fasem mit hoher Konzentration an CaO gegen alkalische Korrosion empfindlicha sind und daß dieser Nachteil durch Verminderung der CaO Konzentration bei gleichzeitiga Erhöhung der MgO Kon-35 zentration beseitigt werden kann. Hohe MgO Konzentrationen beeinflussen jedoch die Viskosität der Schmelze, aus der die Fasem gewonnen waden, nachteilig. Wollte man relativ hohe Alkalimetalloxidkonzentrationen vermeiden, was zwar für die Viskosität der Schmelze günstig, jedoch hinsichtlich der Alkaliresistenz der Fasem ungünstig ist, war es bisnun notwendig, die Fasem mit einem Überzug aus Siloxanpolymer zu versehen oder aber relativ hohe Mengen an B2O3 zu verwenden, um Fasem zu erhalten, die sowohl hinsichtlich ihrer Alkali- 40 Resistenz befriedigend waren als auch aus einer Schmelze mit befriedigender Viskosität gewonnen werden konnten. Eingehende Forschungen über den Einfluß der verschiedenen Oxide auf die Eigenschaften, insbesondere die Alkali-Resistenz der in Rede stehenden Fasem und auf die Viskosität der Schmelze, aus der die Fasem gewonnen werden, zeigten die Möglichkeit, Fasem zu schaffen, welche die gewünschte Kombination von Eigenschaften besitzen, d. h. Zugfestigkeit, Alkali-Resistenz und Viskosität der Schmelze, unter Vermeidung eines B2O3 45 und/oder eines Siloxanüberzuges.

Umfassende Forschungen und Computeiberechnungen zeigten, daß synthedsche-Mineralfasem mit hoher Zugfestigkeit und Alkaliresistenz aus Schmelzen hergestellt werden können, die eine zufriedenstellende Viskosität besitzen.

Erfindungsgemäße Fasem weisen die folgende Zusammensetzung auf: 50 42 - 50 Gew.-% 8 -13 Gew.-% 6 -11 Gew.-% 0,5 - 3Gew.-% 0,5 - 3,5 Gew.-% worin R ein Alkalimetall bedeutet, sowie 4 -11 Gew.-% 17 - 22 Gew.-% S^: Ä12°3:

Eisenoxide (berechnet als FeO):

Ti02: 55 RoO:

CaO:

MgO: -2-

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Schmelzen, die der obigen Faserzusammensetzung entsprechen, besitzen eine Viskosität von etwa 5 Poise bei etwa 1500 °C. Dies ist voll zufriedenstellend, weil es bekannt ist, daß die Schmelzeviskosität bei 1500 °C etwa 5-10 Poise betragen soll, damit die Schmelze für die Fasererzeugung geeignet ist.

Der durch hohe CaO-Konzentrationen sonst verursachte Nachteil der Empfindlichkeit gegen alkalische Korrosion wird bei den erfindungsgemäß zusammengesetzten Fasern durch Verminderung der CaO-Konzentration bei gleichzeitiger Erhöhung der Konzentration an MgO ausgeschaltet.

Die Alkaliresistenz der erfindungsgemäßen Fasern wurde unter Verwendung eines beschleunigten Alkaliresistenz-Tests bestimmt, der von Majumdar, A. J., und Ryder, J. F., in "dass Fibre Reinforcement of Cement Products", dass Technology, Bd. 8, Nr. 3 (Juni 1968) beschrieben worden ist.

Die Festigkeit und Alkaliiesistenz der erfindungsgemäßen Fasern ist aus der Tabelle und dem Beispiel ersichtlich.

Die Erfindung betrifft auch Zementprodukte, welche durch die vorstehend beschriebenen alkaliresistenten, synthetischen Mineralfasern verstärkt sind.

Wenn man die erfindungsgemäßen synthetischen Mineralfasern für die Verstärkung von Zementprodukten verwendet, dann können dies Produkte auf Basis von Portlandzement, Calzium silikat oder anderen alkalischen Bindemitteln sein, wobei der mittlere Durchmesser der Fasern vorzugsweise 3 -15 pm beträgt. Wenn der mittlere Durchmesser geringer als 3 pm ist, dann ist die durch die alkalischen Komponenten der Matrix hervorgerufene Festigkeitsverminderung übermäßig hoch. Besitzen die Fasern einen mittleren Durchmesser von mehr als 15 pm, so sollen sie nicht verwendet werden, weil die Verstärkung per Flächeneinheit eines Querschnittes eines faserverstärkten Produktes mit Zunahme des Faserdurchmessers abnimmt.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Beispiels näher beschrieben, gemäß welchem man synthetische Mineralfasern verschiedener Zusammensetzung herstellt.

Beispiel:

Synthetische Mineralfasern wurden aus den folgenden Ausgangsmaterialien hergestellt: Diabas, Kalk, Magnesit, Korund, Titandioxid und Quarz. Die Mischung der Ausgangsmaterialien wurde in einem Tiegel geschmolzen und die Schmelze in einer Kaskadenspinnvorrichtung zu Fasern verarbeitet.

Die Zusammensetzung der so hergestellten Fasern (L, HS und FS) und ihre Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle angegeben, wobei mit Ro die Zusammensetzung eines bekannten Steinwolleproduktes bezeichnet ist.

Tabelle:

Ro L HS1 HS2 HS3 FS1 FS2 FS3 FS4 FS5 FS6 Zusammensetzung: Si02, Gew.-% 47,0 47,0 46,5 47,5 43,5 48,0 48,5 48,0 48,5 48,5 49,0 AI2O3, Gew.-% 13,5 9,0 10,0 12,0 12,5 11,5 11,5 11,5 12,5 9,5 9,5 Eisenoxid, als FeO, Gew.-% 8,0 9,0 7,5 8,5 8,5 8,0 6,0 7,0 7,5 6,5 6,5 CaO, Gew.-% 15,5 9,5 9,5 8,0 11,0 7,5 6,5 7,0 8,5 9,0 8,5 MgO, Gew.-% 10,0 22,0 19,0 17,0 19,5 19,5 20,5 20,5 17,0 20,0 19,5 Ti02,Gew.-% 2,5 2,0 2,0 1,5 1,0 1,5 2,0 1,5 2,0 2,0 2,0 R20, Gew.-% 3,5 1,5 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 2,5 2,5 Eigenschaften: Festigkeit, MPa 900 1141 860 1128 701 866 766 768 598 587 539 Alkaliresistenz^, Gew.-% 25 67 73 56 47 95 70 94 76 84 95 Acidität^ (berechnet) 1?39 1,06 1.17 1.33 1?10 1?26 1?30 1,26 1736 1,21 1,25 -3-

Claims (4)

1. AT 394 709 B 1) Gemessen nach dem obenerwähnten beschleunigten Alkaliresistenz-Test 2) Die Acidität, welche die Schmelzviskosität wiederspiegelt, wird als das Verhältnis von sauren zu alkalischen Komponenten in der Mischung der Ausgangsmaterialien ausgedrückt. Aus den Daten der Tabelle ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß zusammengesetzte Fasern im wesentlichen die gleiche Festigkeit wie Steinwollefasem haben, jedoch eine beträchtlich höhere Alkaliresistenz aufweisen. Ferner sei vermerkt, daß die die Viskosität der Schmelze, aus der die Fasern gebildet werden, wiedergebende Azidität, die vorzugsweise im Bereich von 1,05 -1,50 liegen soll, ebenfalls voll befriedigend ist. PATENTANSPRÜCHE 1. Alkaliresistente, synthetische Mineralfasern, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgende Zusammensetzung besitzen: SiC^: 48 bis 50 Gew.-% AI2O3: 8 bis 13 Gew.-% Eisenoxide (berechnet als FeO): 6 bis 11 Gew.-% TiC^: 0,5 bis 3 Gew.-% R2O: 0,5 bis 3,5 Gew.-% , worin R ein Alkalimetall bedeutet, sowie CaO: 4 bisllGew.-% MgO: 17 bis22Gew.-% .
2. 2. Faserverstärktes Zementprodukt, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverstärkung aus unüberzogenen Mineralfasern nach Anspruch 1 besteht
3. 3. Produkt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralfasern einen mittleren Durchmesser von 3 bis 15 pm besitzen.
4. 4. Produkt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zementmatrix aus Portlandzement besteht. -4-