DE2037910B2 - Alkalirestistente, zro tief 2 -haltige glasfasern zur verstaerkung von zementprodukten und ihre verwendung - Google Patents
Alkalirestistente, zro tief 2 -haltige glasfasern zur verstaerkung von zementprodukten und ihre verwendungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf alkaliresistente, ZrO2-haltige Glasfasern zur Verstärkung von Zementprodukten
und ihre Verwendung.
Es ist bekannt, daß Glasfasern zur Verstärkung von Zement alkaliresistent sein müssen, da die wesentlichen
alkalischen Eigenschaften von Zementen, insbesondere üblichem Portlandzement, ein Angreifen der Glasfasern
unter Verringerung ihrer Festigkeit nach kurzer Zeit
veranlassen würden. Es wird daher Zirkonoxid enthaltendes Glas für diese Zwecke verwendet
Für ein einwandfreies und wirtschaftliches Ziehen von Glasfasern sind indessen weitere Faktoren von
Bedeutung, wie vor allem die physikalischen Eigenschaften des Glases, die es für das Ziehen besonders geeignet
machen. Im einzelnen muß beim Ziehen aus einer Platindüse die Temperatur des Glases so hoch sein, daß
seine Viskosität etwa 103 Poises beträgt Zirkonoxid
wirkt aber im Sinne einer Erhöhung der Viskosität, so daß bisher hohe Ziehtemperaturen von 1450 bis 1500°C
erforderlich sind. Bei diesen Temperaturen ist aber die ι ο Lebenszeit der Platindüse wesentlich verkürzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Ziehen bei Temperaturen von höchstens 1320°C zu
ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch Glasfasern mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Zusammensetzung
gelöst.
Gläser dieser Zusammensetzung weisen eine Viskosität von 103 Poises bei oder unter 1320° C auf, die die zu
bevorzugende Ziehtemperatur ist. Die Liquidustemperatur dieser Gläser liegt mehr als 40° C unter dieser
Ziehtemperatur, wodurch Kristallisieren und folgendes Schwächen durch Bruch der die Düse verlassenden und
hierbei sich abkühlenden Fasern verhindert ist Es ist hierdruch ein einwandfreies Ziehen von Glasfasern
unter üblichen Betriebsbedingungen gesichert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Anteil von SiO2 + ZrO2 + '/2 Al2O3 weniger
als 84,5 Mol-% beträgt, wodurch die Viskosität und damit die Ziehtemperatur verhältnismäßig niedrig
gehalten werden.
Der Anteil in Mol-% des Aluminiumoxids ist auf die Formel >/2 Al2O3 berechnet, da 1 Mol Al ein Atom Si im
Atomnetz des Glases ersetzt. Wesentlich ist also die Zahl der Al-A^ome und nicht die Zahl der Al2-O3-MoIeküle.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der gesamte Alkalimetalloxidanteil aus
Na2O besteht und der Anteil von SiO2 + ZrO2 +
1/2 Al2O3 bei einem Gehalt von 7 Mol-% ZrO2 weniger
als 81 Mol-% ist und bei einem Gehalt von 11 Mol-% ZrO2 nicht unter 78,5 Mol-% fällt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Alkalimetalloxidanteil aus Na2O
und bis zu 2 Mol-% Li2O besteht und der Anteil von SiO2+ ZrO2 +V2 Al2O3 bei einem Gehalt von 7 Mol-%
ZrO2 weniger als 82,5 Mol-% ist und bei einem ZrOrGehalt von 11 Mol-% nicht unter 80 Mol-% fällt.
Bei den beiden zuletzt erwähnten Zusammensetzungen, in denen der Alkalimetalloxidgehalt Na2O oder
Na2O+ Li2O ist, wird der maximale Anteil von
SiO2+ ZrO2+ '/2 Al2O3 um 2 Mol-% erhöht, wenn das
Glas 1 Mol-% Fluor enthält.
Fluor ersetzt im Atomnetz des Glases Sauerstoff. Obwohl Fluor als Fluorid eines Metalls, z. B. Calzium
oder Natrium, eingebracht wird, tritt das Fluorid als Bestandteil des Glases nicht selbst auf. Es ist daher
zweckmäßig, die Anteile in Mol-% im Gegensatz zur Oxidbasis beim Fluor wie beim Sauerstoff auf das
Element zu beziehen.
Der RO-Gehalt kann erfindungsgemäß aus 2 bis Mol-% CaO bestehen.
Eine bevorzugte Zusammensetzung für die Glasfasern in Mol-% ist:
SiO2
ZrO2
Na2O
Li2O
ZrO2
Na2O
Li2O
69 bis 70
9,5
14,5 bis 15,5
14,5 bis 15,5
| CaO | 2 bis 4 |
| F2 | Obis 1 |
| TiO2 | 2 |
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung derartiger Glasfasern zur Verstärkung von wasserhaltigem
Zement.
Die folgenden Tafeln zeigen alakaliresistente, bei üblichen Temperaturen gezogene Glasfasern nach der
Erfindung. Alle Werte sind in Mo!-% angegeben. Die Bezeichnung der Gläser erfolgt mit Gruppen-Nummern
68EF, die durch zugefügte Kennzeichnungszahlen ergänzt sind.
| Glas Nr. | 68EF | 68 | 69 | 70 | 72 | 88 | 93 | 97 | 101 | |
| 55 | 60 | 67 | 69 | 70 | 69 | 67 | 69 | 69 | 67 | |
| S1O2 | 69 | 69 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 |
| ZrO2 | 9,5 | 9,5 | 2 | |||||||
| AlOu | ||||||||||
| B2Os | . 4 | |||||||||
| FeOu | 17,5 | 15,5 | 14,5 | 17,5 | 17,5 | 17,5 | 17,5 | 17,5 | ||
| Na2O | 15,5 | 17,5 | 2 | 2 | ||||||
| LizO | 2 | |||||||||
| K2O | 2 | 4 | 4 | 2 | 6 | |||||
| CaO | 2 | 2 | 4 | |||||||
| ZnO | 6 | |||||||||
| MnO | 2 | 2 | 2 | |||||||
| F2 | 4 | 2 | ||||||||
| TiO2 | 2 | 2 | ||||||||
| CeO2 | ||||||||||
| SnO2 | 1295 | 1265 | 1280 | 1305 | 1270 | 1315 | 1270 | |||
| Glasfaserzieh | 1270 | |||||||||
| temperatur, °C | 1100 | 1075 | 1175 | |||||||
| Liquidustemperatur, "C | 1110 | 1080 | ||||||||
| Glas | Nr. 68EF | 119 | 121 | 127 | 130 | 140 | 142 | 143 | 150 | |
| 104 | 115 | 117 | ||||||||
AlOi,5
FeOu Na2O
Glasfaserziehtemperatur, °C
Liquidustemperatur, °C
| 67 9,5 |
67 9,5 |
67 10,5 |
62 10,5 |
68 10 |
62 10 |
66 8,5 |
68 7 |
74 7 |
72 7 |
72 7 |
| 4 | 6 | |||||||||
| 17,5 | 15,5 2 |
18,5 | 17,5 | 17 | 17 | 17,5 | 17 | 17 | 13 | 13 |
| 3 | 6 | 4 | 6 | 5 | 5 | 8 | 8 | 2 | 8 | 8 |
1285
1265 1160
1300 1245
1235 1320 1290 1275
1230 1013
1230 1013
In allen Beispielen, in denen die Glasziehtemperatur und die Liquidustemperatur angegeben ist, beträgt die
Glasziehtemperatur nicht mehr als 1320° C und liegt in
dem Bereich zwischen 1230 und 1320° C, während die Liquidustemperatur in jedem Falle mehr als 40° C
niedriger als die Glasziehtemperatur ist.
Zusätzlich können zu den Hauptbestandteilen der Gläser weitere Oxide in Mengen bis zu 5 Mol-%
enthalten sein, ohne eine schädliche Wirkung bezüglich der Ziehfähigkeit zu Glasfasern oder eine Verringerung
der Widerstandsfähigkeit gegen Alkalien der Glasfasern zu bewirken. Derartige Oxide sind zusätzlich zu
den bereits erwähnten B2O3, Fe2O3 und TiO2 auch CeO2
und SnO2.
Übliche Verunreinigungen können bis zu 1 Mol-% in den Gläsern enthalten sein. In Anteilen bis zu 1 Mol-%
können ferner weitere Zusätze enthalten sein, um das Läutern des Glases zu unterstützen. Derartige Oxide
sind beispielsweise P2O5, Cr2O3, As2O3, Sb2O3, CdO, BeO
und V2O5.
Das bevorzugte Erdalkalimetalloxid ist Kalziumoxid CaO und erscheint in den Beispielen in verhältnismäßig
hohen Anteilen bei den Gläsern 68EF 88 und 68EF 130,
in denen es die Widerstandsfähigkeit gegen Alkalien der hohen Zirkonoxidgehalt aufweisenden Gläser erhöht.
Die Eingliederung der Glasfasern in dk: Zementmischung
kann durch Einlagern der Glasfasern in die trockene Mischung vor der Zufügung von Wasser
erfolgen oder aber durch Einlegen der Glasfasern in eine Form bevor die Zementaufschlämmiing eingebracht
wird, wobei — falls nötig — eine Abstützung der Glasfasern vorgesehen wird.
Beispielsweise werden Zementplatten aus Portland-Zement
hergestellt, der einen KalziurnoxidgehaSt von
etwa 65% neben anderen Alkaliwerkstoffen enthält. Die behandelten Platten hatten einen Glasfaseranteil
zwischen 4,5 und 5,1 Gew.-%, so daß also praktisch etwa 5 Gew.-% Glasfaseranteil enthalten ist.
Der Bruchmodul, die Zugfestigkeit und die Schlagfestigkeit derartiger Platten wurde anfänglich und nach
dem Eintauchen in Wasser beispielsweise für eine Dauer von 7 Tagen und nach 90tägigem Aussetzen der
Witterung geprüft, wobei festgestellt wurde, daß die Platten einen weit höheren Teil ihrer ursprünglichen
Eigenschaften beibehalten hatten als ähnliche Platten mit Verstärkung durch bekannte Glasfasern.
Die Gläser nach der Erfindung gestatten somit eine wirtschaftliche Herstellung von Glasfasern zur Verstärkung
von Zementprodukten, wobei der mit den Glasfasern verstärkte Zement oder Beton eine längere
Lebenszeit aufweist, da eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Alkalien in dem nassen Zement,
vorzugsweise Kalziumhydroxid, erreicht ist.
Ähnliche Ergebnisse wurden auch bei der Verstärkung von supersulphatiertem Zement und Zement
hohen Aluminiumoxidgehalts festgestellt, wenn sie mit Glasfasern nach der Erfindung verstärkt wurden.
Claims (8)
1. Alkaliresistente, ZrOrhaltige kontinuierlich
gezogene Glasfasern zur Verstärkung von Zementprodukten,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen einer Ziehtemperatur von nicht mehr
als 1320° C die Glasfasern die folgende Zusammensetzung
in Mol-% haben:
SiO2
ZrO2
R2O
RO
Al2O3
B2O3
Fe2O3
F2
TiO2
62 bis 75
7 bis 11
7 bis 11
13 bis 23
1 bis 10
Obis 4
O bis 6
Obis 5
Obis 2
Obis 4
1 bis 10
Obis 4
O bis 6
Obis 5
Obis 2
Obis 4
worin R2O Na2O, von dem bis zu 2 Mol-% durch
Li2O ersetzt sein kann, und RO ein Erdalkalioxid, Zinkoxid (ZnO) oder Manganoxid (MnO) ist.
2. Glasfasern nach Anspruch 1, dadurch gekenn^
zeichnet, daß der Anteil von SiO2+ ZrO2 +V2 Al2O3
weniger als 84,5 Mol-% beträgt
3. Glasfasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Alkalimetalloxidanteil aus
Na2O besteht und der Anteil von SiO2+ ZrO2 +
1/2 Al2O3 bei einem Gehalt von 7 Mol-% ZrO2
weniger als 81 Mol-% ist und so bei einem Gehalt von 11 Mol-% ZrO2 nicht unter 78,5 Mol-% fällt.
4. Glasfasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalimetalloxidanteil aus Na2O
und bis zu 2 Mol-% Li2O besteht und der Anteil von SiO2+ ZrO2+ '/2 Al2O3 bei einem Anteil von 7
Mol-% ZrO2 weniger als 82,5 Mol-% ist und er bei 11
Mol-% ZrO2 nicht unter 80 Mol-% fällt.
5. Glasfasern nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der RO-Ameil aus 2
bis 8 Mol-% CaO besteht.
6. Glasfasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Mol-%:
SiO2 69 bis 70
ZrO2 9.5
Na2O 14,5 bis 15,5
Li2O 2
CaO 2 bis 4
F2 O bis 1
TiO2 2
7. Verwendung von Glasfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verstärkung von wasserhaltigem
Zement.
8. Verwendung nach Anspruch 7 mit einem Anteil von 4,9 bis 5,1 Gew.-% Glasfasern in wasserhaltigem
Zement.
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