DE1796213B2 - Faserverstärkter Zement - Google Patents

Description

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wobei χ + y ^ 2 und y kleiner als 2 sind, überzogen sind.

Die Erfindung betrifft einen faserverstärkten Zement mit Methylpolysiloxan überzogenen Glasfasern.

Es ist schon lange das Bestreben der Fachleute, faserverstärkte Zemente herzustellen, die nicht nur die geforderten mechanischen Eigenschaften von mit Fasern armierten Baumaterialien erreichen, sondern eine langfristige Korrosionsbeständigkeit der verwendeten Fasern in stark alkalischen hydratisierenden Zementen zu erzielen. Die Alkalität eines solchen Mediums läßt sich dadurch beweisen, daß bei gut gealterten Betontypen ein pH-Wert von 12 festgestellt wurde. Die bekannten Glas- bzw. Mineralfasern werden in einem solchen Medium so geschädigt, daß ihre mechanische Widerstandsfähigkeit schrittweise abnimmt und bei einem höheren Anteil von Asbestersatz oder bei Verwendung ungeeigneter Fasertypen deren Zerfall zu erwarten ist. Auch bei sonst verhältnismäßig resistenten Basaltfasern läßt sich keine genügende Widerstandsfähigkeit über eine längere Zeitdauer erzielen.

Diese ungenügende Resistenz der bisher bekannten Mineralfasern steht auch einer praktischen Verwertung von Glaszement als Baumaterialien im Wege. Diese Glaszenienttypen sind extra dünne, aber feste, mit Glasoder Mineralfasern bzw. mit aus denselben hergestellten Erzeugnissen verstärkte Bauelemente, die bei verhältnismäßig niedrigen Anschaffungskosten qualitativ höhere Konstruktionsparameter besitzen.

Auch bei den durch Spritzauftrag angefertigten feuerfesten Isolationen von Stahlkonstruktionen für Bauten, bei denen der überwiegende Anteil des Bindemittelgemisches Zement ist, kann der Asbest nicht durch feuerfestere Mineralfasern ausgetauscht werden wegen des alkalischen Mediums des hydratisierenden Zements.

Es ist gleichfalls bekannt, die Widerstandsfähigkeit von Glasfasern, also nicht von Schlacke- bzw. Basaltfasern, durch Verwendung von Silikonöl-Überzügen steigern zu können. Diese Überzüge, die genügend dick sein mußten, um die geforderte Beständigkeit üblicher Mineralfasern zu erreichen, verursachen jedoch eine so starke Herabsetzung der Adhäsion des fts hydratisierten Zements an der Faser, daß die erzielten mechanischen Eigenschaften nur als mittelmäßig zu bezeichnen waren. Es ist bereits bekannt. Fasern gegen Wärme beständig zu machen (GB-PS 6 36 893), wobei diese Fasern aber nicht gegen basische Medien resistent sein sollen. Es werden Glasfasern zur Anwendung gebracht, aus welchen die unerwünschten Bestandteile durch Veraschung (Leaching) in Salzsäure in mehreren Stunden entfernt werden und die dann durch Glühen stabilisiert werden. Die so behandelten Glasfasern weisen eine sehr geringe Festigkeit und Elastizität auf, so daß sie mit einem bekannten Harz überzogen werden müssen. Als Überzug finden dabei nur solche Harze Verwendung, die zwar nur teilweise die Faseroberfläche verstärken, aber der Salzsäure ermöglichen, zu den Fasern durchzudringen.

Es sind ebenfalls keramische Fasern bekannt, die eine hohe Wärmebeständigkeit haben, die bis zu 1093° C geht (FR-PS 10 86 670). Diese Fasern weisen einen hohen Gehalt an AhOa (51 bis 55%) und S1O2 (43 bis 47%) auf. Außerdem enthalten die Fasern noch bis 1% Fe2O3, bis 1 % ΤΪΟ2, bis 0,5% CaO und wenigstens 1 % Alkalioxid.

Es sind weiterhin wärmebeständige Mineralfasern bekannt, die entglast worden sind (US-PS 32 20 915). Die Zusammensetzung der Fasern besteht aus 42 bis 60% S1O2, 10 bis 23% AI2O3,10 bis 35% CaO und 5 bis 10% MgO. Diese Zusammensetzung gibt den Fasern (genau wie die Lehre der GB-PS 6 36 893) zwar eine höhere Wärmebeständigkeit, aber keine Resistenz gegen aggressive, basische Medien.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine langjährige chemische Beständigkeit der Faser zu erreichen, die eine Degradation der Fasern in alkalischem Medium, z. B. eine Zementpaste, ausschließt. Darüber hinaus soll erfindungsgemäß die chemische Zusammensetzung der Fasern unter Überzug als Methylsiloxan-Polymer dazu beitragen, daß es in der ersten Phase bereits zu einer Oberflächenreaktion mit der basisch aggressiven Umgebung kommt, so daß die Fasern ohne Hydrophobierung der Obei fläche an Zement gebunden werden, so daß eine Armierung der Zementelemente stattfindet.

Diese Aufgabe wird bei einem faserverstärkten Zement von mit Methylpolysiloxan überzogenen Glasfasern dadurch gelöst, daß die Glasfasern aus 35 bis 47% S1O2, 5 bis 18% AI2O3, 2 bis 15% FeO + Fe2U3, 2 bis 23% CaO, 1 bis 30% MgO, wobei die Summe von CaO + MgO 14 bis 38% beträgt, bis 4% Na2O + K2O und zusätzlich entweder bis zu 10% T1O2 und/oder ZrO2 oder bis zu 5% ZnO besteht und die Fasern mit einem Film von Methylpolysiloxan nach allgemeiner Formel

wobei j; + y<2 und y kleiner als 2, überzogen sind.

Die Erfindung baut auf dem großen Gebiet der Faserchemie auf und stellt eine Auswahl bestimmter Stoffe in spezifischer Zusammensetzung mit einem besonderen Überzug unter Schutz. So ist es beispielsweise bekannt, daß CrO2 als Zusatz einen guten Einfluß auf die chemische Beständigkeit eines Glases hat. Bisher war es unbekannt, einen solchen Stoff in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Rohstoffschmelze zur Erhöhung der Beständigkeit von Fasern gegen eine Zementpaste zu verwenden. Erfindungsgemäß wurde erstmals der Einfluß auf die Eigenschaften komplizierter Gesteinschmelzen durch bestimmte Zusammensetzung gefunden, so daß die erfinderische Aufgabe gelöst wird, wobei außerordentlich dünne Methylsiloxau-Polymer-Schichten völlig als Überzug ausreichend sind. So

betrug beispielsweise bei einem durchschnittlichen Fasertiter von 3 den der Verbrauch 1 bis 5 g des Methylsiloxan-Polymer-Trockengehaltes pro 1 kg des Fasermaterials, je nach dem benutzten Kunstharz. Es ist offensichtlich, daß im Fall der Verwendung von feineren Fasern dieser Verbrauch höher als bei gröberen Fasern wird, da er vom gesamten Ausmaß der Fasermaterialoberfläche abhängig ist Bei der erfindungsgemäßen Faserherstellung geht man von einer Schmelze aus, die eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Ca(OH)2 aufweist Diese Schmelze wird unter Verwendung geeigneter Rohmaterialien, wie beispielsweise Basalten, Dolomiten, Schlacken der Bunt- und Schwarzmetallurgie, nordböhmischen Lehmen und Schiefern, vorbereitet, die so vorbehandelt werden, daß die resultierende chemische Faserzusammensetzung etwa in folgendem Bereich schwankt:

SiO2	Fe2O3	35 bis 47%
AbO3		5 bis 18%
FeO +		2 bis 15%
CaO		2 bis 23%
MgO	- K2O	1 bis 30%
MnO		0 bis 10%
Na2ÜH		unter 5%
TiO2		0 bis 10%
ZrO2		0 bis 10%
ZnO	Obis 5%
CaF2	O bis 2%

Die Summe des CaO + MgO soll dabei im Bereich von 14 bis 38% liegen und die Summe von CaO + MgO + AbO3 + SiO₂ 90% nicht überschreiten.

Durch die Verwendung eines Methylsiloxan-Polymer-Filmes wird das Eindringen korrodierender Ionen zur Faser beschränkt und trotzdem die Adhäsion der Fasern an der Zementpaste nicht beeinträchtigt. Der Methylsiloxan-Überzug wird auf die Fasern in Form wäßriger Emulsionen oder Nebel aufgetragen, worauf der Schutzfilm anschließend zur Härtung einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Die so hergestellten Fasern weisen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen den hydratisierenden Zement bei gleichzeitig guter Adhäsion auf, so daß diese bisher nicht erreichte Eigenschaften aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden an einigen Beispielen erläutert:

Beispiel 1

Bei der Versuchserzeugung von geraden Asbestzementplatten wird ein Teil des Asbests der Klasse 5 durch denselben Gewichtsanteil der Mineralfasern nach der Patentanmeldung ersetzt mit der Zusammensetzung:

S1O2	39,5%
AbO3	10,1%
CaO	21,5%
MgO	15,8%

T1O2
MnO

Na₂O + K2O
Ζ1Ό2

4,8%
1,6%
0,6%
3,1%
3,0%

Die Fasern werden durch Verschmelzung einer Charge, die aus 70% Basalt, 25% Hochofenschlacke und 5% Zirkonkonzentrat besteht, und durch Zerfaserung mit einer vierwalzigen Zerfaserungsmaschine in bekannter Art und Weise mit einem Faserdurchschnitt von 5,6 μπι hergestellt

Auf die Fasern wurde Emulsion von Methylsiloxanharz (CH3S1O1.5) im Verhältnis 3 g per 1 kg Fasermaterial aufgetragen und wärmegehärtet Aus dem Fasermaterial wurden auf rrechanischem Wege die nicht verfaserten Anteile der Schmelze entfernt, und die Fasern wurden auf die gewünschte Länge gekürzt

Die Asbestzementplatten wurden auf einer Maschine der Type Hatschek verarbeitet und hatten eine durchschnittliche Biegezugfestigkeit von 270 kp/cm² und eine spezifische Wichte von 1,92 kg/dm⁴. Die Feuchtigkeit der Rohplatte wurde auf 24,1% erniedrigt Durch den Ersatz des Asbestes wurde die Filtrierbarkeit der Suspension so erhöht, daß die Produktivität auf 110% erhöht wurde.

Beispiel 2

Bei der Verwendung des Fasermaterials für feuerfeste Isolationen von Stahlkonstruktionen von Bauten wurde ein Gemisch von Asbest, Mineralfasern, Portlandzement und Plastifikator benutzt.

Die Zusammensetzung der Mineralfasern war die folgende:

S1O2

AI2O3

CaO

MgO

Fe₂Os+ FeO

TiO₂

MnO

ZnO

Na₂O + K₂O

46,2%

11,0%

18,9%

10,1%

4,1%

2,4%

0,2%

3,1%

4,0%

Das Gemisch wurde in bekannter Weise zerfasert aus einer Schmelze, die aus 95% Basalt und 5% Abfall aus der Erzeugung von Zinkoxyd hergestellt ist.

Die Faseroberfläche wurde durch ein Methylsiloxanpolymer, welches aus

₃)1.₂Ho,6(Si02)u/_n

besteht, in einem Verhältnis von 2 g auf 1 kg Fasermaterial bedeckt.

Die Isolation wurde in bekannter Weise auf die Stahlkonstruktion gespritzt. Die Muster wurden während eines Jahres in einer Feuchtkammer gehalten. Nach dieser Zeit wurde keine Korrosion festgestellt und auch die Feuerfestigkeit der getrockneten Muster hatte sich nicht erniedrigt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Faserverstärkter Zement mit Methylpolysiloxan überzogenen Glasfasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern aus 35 bis 47% S1O2,5 bis 18% AI2O3,2 bis 15% FeO + Fe2O3,2 bis 23% CaO, 1 bis 30% MgO, wobei die Summe von CaO + MgO 14 bis 38% beträgt, bis 4% Na2O + K2O und zusätzlich bis zu 10% T1O2 und entweder bis zu 10% Ζ1Ό2 oder bis zu 5% ZnO besteht und die Fasern mit einem Film von Methylpolysiloxan nach der allgemeinen Formel