DE102013114824A1 - Preparing a complex mixture and cement composition, comprises combining a mineral component with an aqueous solution of a surface active surfactant component (wetting agent) to form the complex mixture with a Portland cement component - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Zementzusammensetzung und eine damit hergestellte Zementzusammensetzung.The present invention relates to methods of making a cement composition and a cement composition made therewith.
Stand der TechnikState of the art
Es wurde eine neue Art von Zement-Zumahlstoff mit einer komplexen Beimengung, die eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweist und mit sehr geringem Klinkergehalt hergestellt werden kann, entwickelt (
Gemäß der vorgeschlagenen Technologie wird die Beigabe einer reaktiven auf Siliziumdioxid basierten komplexen Beimengung während des Mahlens des Portlandzements realisiert. Demnach wird der Klinker in einer Kugelmühle zusammen mit der mineralischen komplexen Beimengung während des Mahlens der Additive, von Gips und der neu erfundenen Beimengung gemahlen. Als Folge davon kann Hochleistungszement eine hohe Anfangs-1-Tages-Druckfestigkeit bis zu 44 MPa und eine hohe 28-Tages-Druckfestigkeit von bis zu 95 MPa erreichen. Der resultierende Hochleistungszement ist dann für die Herstellung von Hochleistungsbeton verfügbar.According to the proposed technology, the addition of a reactive silica-based complex admixture during milling of the Portland cement is realized. Accordingly, the clinker is ground in a ball mill together with the mineral complex admixture during grinding of the additives, gypsum and the newly invented admixture. As a result, high performance cement can achieve high initial 1-day compressive strength up to 44 MPa and high 28-day compressive strength of up to 95 MPa. The resulting high performance cement is then available for the production of high performance concrete.
In derartigem Zement kann der Anteil an Klinker drastisch verringert sein. Bis zu 70% des Zements kann durch kostengünstigere lokale Additive ersetzt werden: Sand, Kalkstein, natürliche Puzzolane oder vulkanische Materialien, Flugasche, granulierte Hochofenschlacke und sogar Abfallkeramik oder Glas. All dies kann als kostengünstiges heimisches mineralisches Additiv genutzt werden. Die Nutzung granulierter Hochofenschlacke sorgt neben der hohen Festigkeit und Sulfatresistenz für eine ausgezeichnete Resistenz gegen chemische Beanspruchung und hohe Temperaturen.In such cement, the proportion of clinker can be drastically reduced. Up to 70% of the cement can be replaced by cheaper local additives: sand, limestone, natural pozzolans or volcanic materials, fly ash, granulated blast furnace slag and even waste ceramics or glass. All of this can be used as a low-cost domestic mineral additive. The use of granulated blast furnace slag, in addition to the high strength and sulfate resistance provides excellent resistance to chemical stress and high temperatures.
Das vorangehende Patent von Sobolev et al.
Über eine trockene oder halbtrockene komplexe Beimengung für Zementsysteme, die Netzmittel enthalten, z. B. Wasserreduzierer oder Hochleistungswasserreduzierer in wässriger Lösung und aktiven silziumdioxidbasierten Sorbenzien, wurde berichtet. In der komplexen Beimengung hierin sind solche Sorbenzien aus feinen alkaliempfindlichen nichtkristallinen siliziumdioxidbasierten Materialien wie Flugasche, Reishülsenasche, Zeolithe, Silikastaub, Bentonit, aktiviertes Kaolin, Montmorillonit, Diatomeenerde ausgewählt, und solche Sorbenzien sind aus sulfoniertem Melamin, Naphthalen-Form-aldehyd, polyacrylatbasierten Beimengungen ausgewählt oder ihre Mischungen (einschließlich anderer Beimengungen) werden als Netzmittel verwendet. Andere chemische oder mineralische Beimengungen können für komplexe Gemischzusammensetzungen benutzt werden, wie zum Beispiel hochporöser Leichtsand, nichtorganische oder organische Salze oder Hydroxide, Mahlhilfsmittel etc.About a dry or semi-dry complex admixture for cement systems containing wetting agents, e.g. Water reducers or high performance water reducers in aqueous solution and active silica-based sorbents have been reported. In the complex admixture herein, such sorbents are selected from fine alkali-sensitive non-crystalline silica-based materials such as fly ash, rice hull ash, zeolites, silica fume, bentonite, activated kaolin, montmorillonite, diatomaceous earth, and such sorbents are selected from sulfonated melamine, naphthalene-formaldehyde, polyacrylate-based admixtures or their mixtures (including other admixtures) are used as wetting agents. Other chemical or mineral admixtures may be used for complex blend compositions, such as highly porous light sand, non-organic or organic salts or hydroxides, grinding aids, etc.
Ein trockener oder halbtrockener komplexer Beimengungsproduktionsprozess umfasst das Mischen der Komponenten in dem normal und schnelllaufenden Mixer vom Spindel oder Planetentyp, Vibrationsmixer oder -mühlen ebenso wie Strahlmixer oder -mühlen. Der anschließende Granulierungs-, Trocknungs-, Press-, Extrudierungs-, Zerkleinerungs-, Kalandrierprozess wird zur Endbearbeitung der komplexen Beimengungszusammensetzung angewandt. A dry or semi-dry complex admixture production process involves mixing the components in the normal and high speed spindle or planetary mixer, vibratory mixers or mills, as well as jet mixers or mills. The subsequent granulation, drying, pressing, extruding, crushing, calendering process is used to finish the complex admixture composition.
Dokument
Die zusätzlichen Komponenten werden in einem ersten Schritt einem trockenen Mahlen bis zu einer spezifischen Oberfläche von mindestens 1000 cm2/g (nach Blaine) unterzogen, und in einem zweiten Schritt wird die zusätzliche gemahlene Komponente einem trockenen Zumahlen mit mindestens 20 Gewichtsprozent einer hochreaktiven Zementmischung unterzogen, um eine spezifische Oberfläche von mindestens 3000 cm2/g (nach Blaine) zu erreichen. In dieser Zusammensetzung umfasst hochreaktive Zementmischung Zement, mindestens einen der SiO2 enthaltenden Mikrofüller-Bestandteile und ein wasserreduzierendes Mittel in Pulverform; die Mischung wurde vorher unter Nutzung von vibrierenden Mahlkörpern gemahlen, so dass die Zementpartikel einer großen Zahl von Schlagimpulsen unterzogen wurden, wodurch sich die Oberflächenenergie und chemische Reaktivität des Zements erhöht. Der Mischzement enthält 20 bis 80 Gewichtsprozent der hochreaktiven Zementmischung. Das Verfahren zur Herstellung einer Betonmischung aus Mischzement umfasst erstens die Schritte zur Vorbereitung von Mischzement und zweitens die Schritte zum Mischen des Mischzements mit Wasser, Grobbetonzuschlag und/oder Sand und eventuell einem wasserreduzierenden Mittel und einem Luftporenbildner.The additional components are subjected to dry grinding to a specific surface area of at least 1000 cm 2 / g (Blaine's) in a first step, and in a second step the additional ground component is subjected to dry milling with at least 20% by weight of a highly reactive cementitious mixture to achieve a specific surface area of at least 3000 cm 2 / g (Blaine). In this composition, highly reactive cement mix comprises cement, at least one of the SiO 2 -containing microfillers and a water-reducing agent in powder form; The mixture was previously ground using vibrating media, so that the cement particles were subjected to a large number of impact pulses, thereby increasing the surface energy and chemical reactivity of the cement. The mixed cement contains from 20 to 80% by weight of the highly reactive cement mixture. The method for producing a concrete mixture of mixed cement comprises firstly the steps for preparing mixed cement and secondly the steps for mixing the mixed cement with water, coarse aggregate aggregate and / or sand and possibly a water-reducing agent and an air entraining agent.
Druckfestigkeitsklassen für konventionellen Normal- und Schwerbeton gemäß
Es gibt keine genaue Grenze zur Unterscheidung zwischen „normalfestem” konventionellem und „hochfestem” Beton, dennoch wird die übliche Abgrenzung bei etwa 50 MPa (Tabelle 1) gesetzt. Tabelle 1 Festigkeitsklassen und Parameter von Beton
Zur Herstellung von ultrahochfestem Beton, der Druckfestigkeiten von 100 N/mm2 oder höher aufweist, ist es notwendig das Verhältnis von Wasser zu zementartigem Material (W/C) unter 0,25 zu verringern, solange die Verarbeitbarkeit durch Zugabe von Super-Plastifizierern gewährleistet bleibt.For the production of ultra high strength concrete having compressive strengths of 100 N / mm 2 or higher, it is necessary to reduce the ratio of water to cementitious material (W / C) below 0.25 as long as the workability is ensured by adding superplasticizers remains.
Ultrahochfester Beton (UHPC), auch als Reaktivpulverbeton (RPC) bekannt, ist ein hochfestes, duktiles Material hergestellt durch Kombination von Hochleistungsstahl- oder organischen Fasern mit zementartiger Matrix zusammengesetzt aus Portlandzement, Silikastaub, Nanosilika, Quarzmehl, Hochleistungs-Wasserreduzierer (Super-Plastifizierer), Wasser und feinem Quarzsand. Nach der thermischen Behandlung, weist der Ultrahochleistungsbeton die Druckfestigkeit von bis zu 200 MPa (üblicherweise 120 bis 150 MPa) und Biegefestigkeit von bis zu 50 MPa (üblicherweise 15 bis 25 MPa), Elastizitätsmodul 45 bis 50 GPa auf. Das duktile Verhalten des Materials ist ein wichtiger Parameter, der die Deformationsfähigkeit und die Biege- und Zugfestigkeit sogar nach dem Anreißen vorsieht. Die Verwendung von UHPC/RPC zum Bau ist aufgrund der selbstverdichtenden Fähigkeit des Materials und dem Entfall zusätzlichen Armierungsstahls attraktiv. Ultra high performance concrete (UHPC), also known as reactive powder concrete (RPC), is a high strength ductile material made by combining high performance steel or organic cementitious matrix fibers composed of Portland cement, silica fume, nanosilica, quartz flour, high performance water reducer (superplasticizer) , Water and fine quartz sand. After the thermal treatment, the ultra-high performance concrete has compressive strength of up to 200 MPa (usually 120 to 150 MPa) and flexural strength of up to 50 MPa (usually 15 to 25 MPa), elastic modulus of 45 to 50 GPa. The ductile behavior of the material is an important parameter that provides for the ability to deform and the bending and tensile strength even after tearing. The use of UHPC / RPC for construction is attractive due to the self-compacting capability of the material and the elimination of additional reinforcing steel.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Verfahren zur Herstellung einer Zementzusammensetzung und Zement und daraus hergestellte Betonzusammensetzungen sind durch folgende Merkmale festgelegt.Methods for producing a cement composition and cement and concrete compositions made therefrom are defined by the following features.
Verfahren zur Herstellung einer Zementzusammensetzung und damit hergestellte Zementzusammensetzungen, umfassend: (a) Kombinieren einer mineralischen Komponente mit einer Wasserlösung des Netzmittels (grenzflächenaktive Komponente) um eine komplexe Beimengung zu bilden; und (b) Kombinieren der Beimengung mit einer Portlandzementkomponente in einem Verhältnis der Zementkomponente zur Beimengung von etwa 10000:1 bis 1:10, um eine Zementzusammensetzung auszubilden.A method of making a cement composition and cement compositions made therewith comprising: (a) combining a mineral component with a water solution of the surfactant (surfactant) to form a complex admixture; and (b) combining admixture with a Portland cement component in a ratio of cement component to admixture of about 10,000: 1 to 1:10 to form a cement composition.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei der Schritt (b) die Vermengung der komplexen Beimengung mit der Zementkomponente durch Mischen oder Mahlen umfasst.A method and cement composition, wherein step (b) comprises blending the complex admixture with the cement component by mixing or milling.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei der Portlandzement mindestens eines von Folgendem umfasst: (i) Portlandzementklinker, eine oder mehrere Kombinationen von Calciumsilikaten und/oder Calciumaluminaten und/oder eine oder mehrere Arten von Calciumsulfat enthaltend; (ii) Portlandzement; (iii) Zement mittlerer Hydratationswärme beim Erstarrungsprozess; (iv) Zement mit hoher Anfangsfestigkeit; (v) Zement geringer Hydratationswärme; (vi) sulfatbeständiger Zement; (vii) weißer Portlandzement; (viii) gemischter Zement; (ix) Portland Hochofenschlackenzement; (x) Portland-Puzzolan-Zement; (xi) expansive Zemente (z. B. Typ K Zement); (xii) Tonerdeschmelzzement; und (xiii) Bohrlochzemente.A method and cement composition, the Portland cement comprising at least one of: (i) Portland cement clinker, containing one or more combinations of calcium silicates and / or calcium aluminates and / or one or more types of calcium sulfate; (ii) Portland cement; (iii) medium heat of hydration cement in the solidification process; (iv) high initial strength cement; (v) Cement of low heat of hydration; (vi) sulfate resistant cement; (vii) white portland cement; (viii) mixed cement; (ix) Portland blast furnace slag cement; (x) Portland pozzolan cement; (xi) expansive cements (eg, type K cement); (xii) alumina cement; and (xiii) well cements.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei die mineralische Komponente aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus: (i) Portlandzement oder Klinker (ähnlich zu oben in „i” bis „xiii” genannten); (ii) eine oder mehrere Kombinationen von Calciumsilikaten und/oder Calciumaluminaten; (iii) eine oder mehrere Arten von Calciumsulfat; (iv) nanogroße Materialien und/oder Keramiken auf Metallen, Kohlenstoff, Carbonaten, Oxiden basierend oder enthaltend; und (v) SiO2-basierte reaktive Pulver.A method and cement composition, wherein the mineral component is selected from the group consisting of: (i) Portland cement or clinker (similar to those referred to above in "i" to "xiii"); (ii) one or more combinations of calcium silicates and / or calcium aluminates; (iii) one or more types of calcium sulfate; (iv) nano-sized materials and / or ceramics based on metals, carbon, carbonates, oxides or containing; and (v) SiO 2 -based reactive powders.
Die nanogroße Materialkomponente wird unter anderem aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus, aber nicht darauf beschränkt: (i) Nano-SiO2, Nano-TiO2, Nano-SnO2, Nano-Fe2O3, Nano-Zr2O3, Nano-ZrO2, Nano-Al2O3, Nano-CaCO3, Nano-MgCO3, Nano-CaMg(CO3)2, Nano-FeCO3, Nano-BaSO4; (ii) Nanoton; (iii) Kohlenstoff oder Aluminiumsilikat Nanoröhrchen/Nanofaser; (iv) Nano-Zement/Nano-C-S-H; und/oder (v) Mischungen und/oder Komponenten hiervon.The nanosized material component is selected from, the group consisting of, but not limited to: (i) nano-SiO 2, nano-TiO 2 nano-SnO 2, Nano-Fe 2 O 3, nano-Zr 2 O 3 , Nano-ZrO 2 , nano-Al 2 O 3 , nano-CaCO 3 , nano-MgCO 3 , nano-CaMg (CO 3 ) 2 , nano-FeCO 3 , nano-BaSO 4 ; (ii) nano clay; (iii) carbon or aluminum silicate nanotube / nanofiber; (iv) nano-cement / nano-CSH; and / or (v) mixtures and / or components thereof.
Die SiO2-basierten reaktiven Pulver sind feine alkaliempfindliche nichtkristalline Siliziumdioxid enthaltene Materialien, welche aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Flugasche (z. B. silikatisch oder kalkhaltig), Wirbelschichtflugasche, Klärschlammasche, Papiermassenasche, Reishülsenasche, Zeolithe, Silikastaub, Bentonit, aktiviertem Kaolin, Metakaolin, Ton, thermisch aktiviertem Ton, Mergel, Montmorillonit und Diatomeenerde und andere natürliche/bearbeitete Materialien mindestens 1% amorphes SiO2 enthaltend.The SiO 2 -based reactive powders are fine alkaline-sensitive non-crystalline silica-containing materials selected from the group consisting of fly ash (e.g., siliceous or calcareous), fluidized fly ash, sewage sludge ash, pulp ash, rice hull ash, zeolites, silica fume, bentonite, activated Kaolin, metakaolin, clay, thermally activated clay, marl, montmorillonite and diatomaceous earth and other natural / processed materials containing at least 1% amorphous SiO 2 .
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei die Netzmittel-Komponente unter anderem aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus, aber nicht darauf beschränkt: Super-Plastifizierer, wasserreduzierende und/oder in starkem Umfang wasserreduzierende Beimengung, Ligninsulfonat, sulfoniertem Melamin-Formaldehyd, sulfoniertem Naphthalen Formaldehyd, carboxylierten Polymeren, Polyacrylat-Polymeren, Polycarboxylat-Polymeren, Polyoxyethylen/Polyether-Kettenpolymeren, Mahlhilfsmittel, Glykolverbindungen, Copolymeren, Oligomeren, Ether und synthetischen grenzflächenaktiven Polymeren mit gemischter Funktionsweise und Mischungen hiervon.Process and cement composition, wherein the wetting agent component is selected, inter alia, from the group consisting of, but not limited to: superplasticizer, water-reducing and / or greatly reducing water-imparting admixture, lignosulfonate, sulfonated melamine-formaldehyde, sulfonated naphthalene formaldehyde, carboxylated polymers, polyacrylate polymers, polycarboxylate polymers, polyoxyethylene / polyether chain polymers, grinding aids, glycol compounds, copolymers, oligomers, ethers, and mixed mode synthetic surfactant polymers, and mixtures thereof.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei ein Massenverhältnis der Mineralkomponente zur grenzflächenaktiven Komponente von etwa 1:1000 bis 1000:1 beträgt.A method and cement composition wherein a mass ratio of the mineral component to the surfactant component is from about 1: 1000 to 1000: 1.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei die Zementzusammensetzung ferner mineralische Additive oder zusätzliche zementartige Materialien (SCMs) umfasst. A method and cement composition, wherein the cement composition further comprises mineral additives or additional cementitious materials (SCMs).
Die mineralischen Additive/SCMs werden aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Puzzolanen, vulkanischen Gläsern, Zeolith, Diatomeenerde, Perlit, Tuff, Bims, Natursand, Quarz, Basalt, Marmor, Kalkstein, Mergel, gebranntem Gaize, gebranntem Ton, gebranntem Schiefer, Reishülsenasche, Klärschlammasche, Papiermassenasche, aktiviertem Kaolin, Metakaolin, Bentonit, Ton, thermisch aktiviertem Ton, granulierter Hochofenschlacke, luftgekühlter Hochofenschlacke, Stahlschlacke, Gießschlacke, Nichteisenschlacken, Flugasche (z. B. silikatisch oder kalkhaltig), Wirbelschichtflugasche, Silikastaub, Katalysator- und Alaun-Abfall, Glasscherben, zerbrochene/Abfall-Keramiken und verschiedenen Formen von Calciumsulfat/Gips, aber nicht darauf beschränkt.The mineral additives / SCMs are selected from the group consisting of pozzolans, volcanic glasses, zeolite, diatomaceous earth, perlite, tuff, pumice, natural sand, quartz, basalt, marble, limestone, marl, burned gaize, calcined clay, burned slate, rice hull ash , Sewage sludge ash, pulp ash, activated kaolin, metakaolin, bentonite, clay, thermally activated clay, granulated blast furnace slag, air-cooled blast furnace slag, steel slag, foundry slag, non-ferrous slag, fly ash (eg siliceous or calcareous), fluidized fly ash, silica fume, catalyst and alum Waste, broken glass, broken / waste ceramics and various forms of calcium sulfate / gypsum, but not limited thereto.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei ein Massenverhältnis der Komponenten mineralische Additive/SCM zu der Portlandzementkomponente von etwa 100:1 bis etwa 1:100 beträgt.A method and cement composition, wherein a mass ratio of the components of mineral additives / SCM to the Portland cement component is from about 100: 1 to about 1: 100.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei der Schritt des Mahlens separates Mahlen der Portlandzementkomponente und der mineralischen Additive und/oder anschließendes Zumahlen oder Mischen mit der Beimengung umfasst.A method and cement composition, wherein the step of milling comprises separately grinding the Portland cement component and the mineral additives and / or then blending or blending with the admixture.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei der Schritt des Mahlens separates Dosieren der individuellen Komponenten der mineralischen Additive und der Portlandzementkomponente und nachfolgendes gemeinsames Mahlen umfasst.A method and cement composition, wherein the step of milling comprises separately metering the individual components of the mineral additives and the Portland cement component and subsequent co-milling.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei der Schritt des Vermischens oder Mahlens in Vorrichtungen ausgeführt wird, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus konventionellen Mixern, schnelllaufenden Mixern, Vibrationsmixern oder -mühlen, Planetenmühlen, elektrischen Erodiermühlen, Schlagmühlen, Strahlmixern oder -mühlen, Kugelmühlen und Rohrmühlen.A method and cement composition, wherein the step of mixing or milling is carried out in apparatuses selected from the group consisting of conventional blenders, high speed mixers, vibratory mixers or mills, planetary mills, electrical erosion mills, impact mills, jet mixers or mills, ball mills and tube mills.
Verfahren und Zementzusammensetzung, wobei Schritt (a) die Vermengung der mineralischen Komponente mit einer grenzflächenaktiven Komponente mittels extrafeinem/submikron/nanogroßem Mahlen der mineralischen Komponente in einem System, bestehend aus einem Mixer oder einer Mühle, optional Hochenergiemühle, Hochgeschwindigkeitsmixer, Mixer mit hoher Scherkraft, zersetzende Mixer oder/und eine Ultraschallanlage umfasst.Method and cement composition, wherein step (a) comprises admixing the mineral component with a surfactant component by means of extrafine / submicron / nanometer grinding of the mineral component in a system consisting of a mixer or mill, optionally high energy mill, high speed mixer, high shear mixer, decomposing mixer or / and an ultrasonic system includes.
Trockener Mischprozess und Zusammensetzung, eine Zementzusammensetzung umfassend, hergestellt gemäß der Prozesse und Zuschläge, worin ein Massenverhältnis der Zuschläge zu der Zusammensetzung von etwa 100:1 bis etwa 1:100 beträgt.A dry mixing process and composition comprising a cement composition prepared in accordance with the processes and additives wherein a mass ratio of the additives to the composition is from about 100: 1 to about 1: 100.
Verfahren und Zusammensetzung zur Produktion der trockenen Mischzusammensetzung, umfassend Mischen der Zementzusammensetzung und der Zuschläge in konventionellen Mixern, schnelllaufenden Mixern, Vibrationsmixern oder Strahlmixern.A method and composition for producing the dry blend composition, comprising mixing the cement composition and aggregates in conventional mixers, high speed mixers, vibratory mixers or jet mixers.
Verfahren und Zusammensetzung zur Produktion von Beton, Mörtel oder Faserverbundwerkstoffen, enthaltend eine Zementzusammensetzung, hergestellt gemäß dem Prozess, als ein Teil der Zusammensetzung.Process and composition for the production of concrete, mortar or fiber composites containing a cement composition prepared according to the process, as a part of the composition.
Der Beton oder Mörtel umfasst ferner zusätzliche Füllstoffe oder Zuschläge, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Materialien, welche spezifische chemische-, thermische- oder Abriebfestigkeit, Wärmeausdehnung oder elektrische Leitfähigkeit, Faserwerkstoffe und Zuschlagstoffe aufweisen, welche die Dichte des Betons oder Mörtels erhöhen oder erniedrigen.The concrete or mortar further comprises additional fillers or aggregates selected from the group consisting of materials having specific chemical, thermal, or abrasion resistance, thermal expansion or electrical conductivity, fibrous materials, and aggregates which increase or decrease the density of the concrete or mortar ,
Jeder Mischungsvorgang kann in der Praxis zur Homogenisierung der komplexen Beimengung in trockener oder flüssiger Form (mit verschiedenen Graden der Viskosität) angewandt werden. Viel versprechende Ergebnisse werden mit schnelllaufenden Mixern (Spindel- oder Planetentyp), Vibrationsmixern oder Mühlen, sowie auch mit Strahlmixern oder Mühlen erhalten. In diesem Fall kann gegebenenfalls jede Art von Granuliervorrichtung zur Endbearbeitung der komplexen Beimengung benutzt werden. Das Produkt gemäß der Erfindung kann in flüssiger Form mit verschiedenen Viskositätsgraden, als auch in großer Auswahl teilchenförmigen Materials grobe und feine Granulate umfassend mit verschiedenen Feuchtigkeitsgehalten vorliegen. Die Qualität der komplexen Beimengung kann ferner durch Trocknen, Pressen, Extrudieren, Zerkleinern, Kalandrieren, usw. verbessert werden.Each mixing operation can be used in practice to homogenize the complex admixture in dry or liquid form (with varying degrees of viscosity). Promising results are obtained with high-speed mixers (spindle or planetary type), vibratory mixers or mills, as well as blast mixers or mills. In this case, if necessary, any type of granulating apparatus may be used for finishing the complex admixture. The product according to the invention can be present in liquid form with various degrees of viscosity, as well as in a wide range of particulate material coarse and fine granules comprising different moisture contents. The quality of the complex admixture can be further improved by drying, pressing, extruding, crushing, calendering, etc.
Das Mahlen und/oder Zumahlen des vorgeschlagenen Zements sieht die Partikelzerkleinerung, Homogenisierung und/oder mechano-chemische Aktivierung vor. Gips und/oder Anhydrit und/oder Calciumsulfat-Halbhydrat werden während des Mahlens und/oder Zumahlens zu der Zementzusammensetzung zugegeben. Die Zementpartikel können auf Mikron-, Submikron-, und Nanogröße verkleinert werden; die Zusammensetzung kann ferner durch Zugabe von nanogroßen Partikeln und Nanoröhrchen verschiedener Zusammensetzung/Herkunft verändert werden. Grinding and / or grinding of the proposed cement provides particle size reduction, homogenization and / or mechano-chemical activation. Gypsum and / or anhydrite and / or calcium sulfate hemihydrate are added to the cement composition during milling and / or milling. The cement particles can be downsized to micron, submicron, and nano size; the composition can be further modified by the addition of nano-sized particles and nanotubes of different composition / origin.
Mahlhilfsmittel können als Bestandteil der komplexen Beimengung benutzt werden oder zum Mahlen, extrafeinen Mahlen und zur mechano-chemischen Aktivierung benutzt werden. Der Effekt der Mahlbeschleunigung durch Mahlhilfsmittel wird aufgrund der geringeren Agglomeration und Grenzflächenspannung erreicht, weil die Partikel leicht während des Feinmahlens oder nachdem ein feines Pulver hinzugegeben wurde agglomerieren. Mahlhilfsmittel sind normalerweise flüssige Produkte, herkömmlich als wässrige Lösung organischer Verbindungen mit hoher Ladungsdichte entworfen, wie zum Beispiel Glykole, Ester der Glykole (Glykolverbindungen vertreten beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol), Amine, Alkanolamine (aliphatische Amine wie beispielsweise Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, und Aminoalkohole wie beispielsweise Diethanolamin, Triethanolamin, Triisopropanolamin, deutlich komplexere Verbindungen wie beispielsweise Aminoethylethanolamin und Hydroxyethyldiethylentriamin), Aminoacetatsalze und/oder Carboxylate von Alkanolaminen, Phenolen und Phenolderivaten, Fettsäuresalze usw. Die Mahlhilfsmittel können als Bestandteil der Hauptzusammensetzung zugeführt werden. Mahlhilfsmittel werden aus polaren organischen Verbindungen dargestellt, welche ihre Dipole so anordnen, dass sie die Ladungen auf der neu gebildeten Partikeloberfläche absättigen und so die Reagglomeration verringern. Diese polaren Verbindungen interagieren mit Zementkörnern entweder eine irreversible physikalische Adsorption oder eine chemische Wechselwirkung mit den Zementsalzen, begünstigt durch hohe Temperaturen über 100°C, welche in der Mühle während des Mahlprozesses erreicht werden. Wegen ihres polaren Charakters werden solche Verbindungen vorzugsweise an den reaktiven Zentren der Zementoberflächen adsorbiert, die durch Zerfall der ionischen Bindungen ausgebildet werden, und reduzieren so die Oberflächenenergie welche die Agglomeration der neu hergestellten Zementpartikel verursacht. Die konsequente Verringerung der Oberflächenenergiekräfte verursacht trockene Dispersion des Zements, welche wiederum die Zementfluidität erhöht und die Mahlverweildauer erheblich verringert, was bei der mechano-chemischen Aktivierung nützlich ist.Grinding aids can be used as part of the complex admixture or used for grinding, extra fine grinding and mechano-chemical activation. The effect of grinding acceleration by milling aids is achieved because of the lower agglomeration and interfacial tension because the particles agglomerate easily during the fine grinding or after a fine powder has been added. Grinding aids are normally liquid products, conventionally designed as an aqueous solution of high charge density organic compounds, such as glycols, esters of glycols (glycol compounds represent, for example, ethylene glycol, diethylene glycol), amines, alkanolamines (aliphatic amines such as triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, and aminoalcohols such as Diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine, much more complex compounds such as aminoethylethanolamine and hydroxyethyldiethylenetriamine), aminoacetate salts and / or carboxylates of alkanolamines, phenols and phenol derivatives, fatty acid salts, etc. The grinding aids can be supplied as part of the main composition. Grinding aids are prepared from polar organic compounds that position their dipoles to saturate the charges on the newly formed particle surface, thereby reducing reagglomeration. These polar compounds interact with cement grains either an irreversible physical adsorption or a chemical interaction with the cement salts, favored by high temperatures above 100 ° C, which are achieved in the mill during the milling process. Because of their polar character, such compounds are preferentially adsorbed on the cement cement reactive centers formed by disintegration of the ionic bonds, thus reducing the surface energy which causes the agglomeration of the newly produced cement particles. The consequent reduction in surface energy forces causes dry dispersion of the cement, which in turn increases cement fluidity and significantly reduces meal residence time, which is useful in mechano-chemical activation.
Mahlhilfsmittel gemäß der Erfindung weisen die Hilfsfunktion zum extrafeinen Mahlen und mechano-chemischen Aktivierung der komplexen Beimengung und der Zementzusammensetzung auf.Milling aids according to the invention have the auxiliary function of extra fine grinding and mechano-chemical activation of the complex admixture and the cement composition.
Das intensive Mahlen kann die Mehrkomponentensysteme mechano-chemisch, durch Verringern der Partikelgrößen, Einbringen von Oberflächenfehlern und elektrostatische Aufladung aktivieren. Dies führt zu einem Material mit größerer Oberflächenenergie und deshalb größerer Reaktivität. Die mechanische Energie wird durch normale und Scherbeanspruchung wirkend auf feste Materialoberflächen übertragen. Die Auswirkung dieses äußerlich aufgezwungenen Spannungsfeldes ist die Zunahme eines Spannungsfeldes im Schüttgut. Das Spannungsfeld offenbart sich durch verschiedene Phänomene wie etwa Atomverschiebungen aus stabilen Gleichgewichtslagen an Kristallgitterverbindungen, Veränderung von Bindungslängen und Winkeln und manchmal Anregung von Elektronsubsystemen. Dies wiederum lässt eine metastabile Struktur entstehen, welche Teile der gespeicherten Energie freisetzen muss, um einen stabileren thermodynamischen Zustand zu erreichen. Es findet ein mehrstufiges Modell von Energieumwandlung statt, in dem Phasentransformationen und mechano-chemische Reaktionen ablaufen können. Der Anteil der vorgesehenen mechanischen Energie wird in Form von überschüssiger Energie in dem Feststoff gespeichert. Im Wesentlichen wird diese Energie in langlebigen metastabilen Zuständen gebunden, welche in dem aktivierten Material nach der mechanischen Behandlung erhalten bleiben. Diese überschüssige Energie kann sehr langsam entsprechend folgender irreversibler Prozesse freigesetzt werden, den thermodynamischen Gleichgewichtszustand erreichend. Von makroskopischer Seite erfolgt das Nachlassen der Energie gemäß dreier Mechanismen: Hitze, plastische Verformung und Brechen chemischer Bindungen (mechano-chemische Reaktion). Die Relativgeschwindigkeit der Energieentspannungsprozesse und Spannungsfeldanwendung spielt eine wichtige Rolle in der Festlegung der endgültigen Eigenschaften des gemahlenen Produkts.Intensive milling can activate the multicomponent systems mechanochemically by reducing particle sizes, introducing surface defects, and electrostatic charging. This leads to a material with greater surface energy and therefore greater reactivity. The mechanical energy is transferred by normal and shear stress acting on solid material surfaces. The effect of this externally imposed field of tension is the increase of a field of tension in the bulk material. The field of tension manifests itself through various phenomena such as atomic shifts from stable equilibrium positions on crystal lattice junctions, changes in bond lengths and angles, and sometimes excitation of electron subsystems. This, in turn, creates a metastable structure that must release portions of the stored energy to achieve a more stable thermodynamic state. There is a multi-level model of energy conversion in which phase transformations and mechano-chemical reactions can occur. The proportion of mechanical energy provided is stored in the form of excess energy in the solid. In essence, this energy is bound in long-lived metastable states which are retained in the activated material after mechanical treatment. This excess energy can be released very slowly according to the following irreversible processes, reaching the thermodynamic equilibrium state. From the macroscopic side, the release of energy occurs according to three mechanisms: heat, plastic deformation and breaking of chemical bonds (mechano-chemical reaction). The relative velocity of the energy relaxation processes and stress field application plays an important role in determining the final properties of the milled product.
Der Hauptteil der zugeführten Energie wird in Wärme umgewandelt. Die Anreicherung des Spannungsfeldes insbesondere an kristallinen Stellen kann zum Bruch des Kristalls und so zur Bildung einer neuen Oberfläche führen. Die Wiederholung dieses Phänomens führt zur Senkung der Kristallgrößen (Korngrößenverkleinerung) bis zu einer kritischen Grenze. Ferner führt die Energiezufuhr zu einer Anhäufung von Fehlern in der Kristallgröße oder auf ihrer Oberfläche die letztlich zu einer vollständigen Amorphisierung führen. Die Kristallumwandlung zur amorphen Phase führt zu einer mechanischen und thermodynamischen Destabilisierung und Kristallgitterzerfall. Die mechanische Energie steigert kontinuierlich die Anhäufung von Kristalldefekten bis zu einer kritischen Grenze jenseits der die amorphe Phase stabiler als die kristalline ist. Der Amorphisierungsprozess beinhaltet die Entstehung von Defekten wie zum Beispiel Punktfehler (z. B. Zwischengitterbelegungen und Leerstellen), Linienfehler (z. B. Kanten- und Stufenversetzungen), Flächenfehler (z. B. Korngrenzen und Kristalloberflächen), und anormale Verteilung punktueller Fehler. Die kristalline Amorphisierung beginnt auf einer dünnen Oberflächenschicht und breitet sich ins Innere aus und eine metastabile polymorphe Struktur entsteht. Wenn sich der Bruch chemischer Bindungen ereignet, kann dies zu einer mechano-chemischen Reaktion führen. Somit ist die mechano-chemische Aktivierung durch die Anhäufung von Defekten (Amorphierungsprozess), die Bildung von Polymorphen und das Auftreten einer chemischen Reaktion in festem Zustand gekennzeichnet. Die zugeführte mechanische Energie macht das Material metastabil und lässt aktiviertes Material entstehen.The main part of the supplied energy is converted into heat. The accumulation of the stress field, especially at crystalline sites, can lead to breakage of the crystal and thus to the formation of a new surface. The repetition of this phenomenon leads to the reduction of crystal sizes (grain size reduction) up to a critical limit. Furthermore, the energy input leads to an accumulation of defects in the crystal size or on its surface which ultimately lead to a complete amorphization. The crystal transformation to the amorphous phase leads to a mechanical and thermodynamic destabilization and crystal lattice decay. The mechanical energy continuously increases the accumulation of crystal defects up to a critical boundary beyond which the amorphous phase is more stable than the crystalline one. The amorphization process involves the creation of defects such as dot defects (eg, interstitials and voids), line defects (eg, edge and step offsets), surface defects (eg, grain boundaries and crystal surfaces), and abnormal distribution of spotty defects. The crystalline amorphization begins on a thin surface layer and spreads to the inside, creating a metastable polymorphic structure. If the break of chemical bonds occurs, this can lead to a mechano-chemical reaction. Thus, the mechano-chemical activation is characterized by the accumulation of defects (amorphization process), the formation of polymorphs and the occurrence of a chemical reaction in the solid state. The added mechanical energy makes the material metastable and creates activated material.
Gemäß der Erfindung, sorgt die mechano-chemische Aktivierung für die Bildung von aktiviertem Material bei dem die meisten der aktiven Zentren für die Hydration und Wechselwirkung mit Nano-Materialien, chemischen und mineralischen Beimengungen erhalten bleiben und so zur Bildung der vorteilhaften Zementzusammensetzung führen. Die aktiven Zentren sind für die Absorption von Super-Plastifizierern, Wasserreduzierer, Abbindeverzögerer, Abbindebeschleuniger, Luftporenbeimengungen, und Nano-Partikeln und die Bildung aktiver Nano-Schichten geeignet. Die aktiven Zentren sind durch die Förderung der verbesserten inneren Nano-Bindung zwischen den Hydrationsprodukten für die beschleunigte Hydration der Zementpartikel verantwortlich.In accordance with the invention, mechano-chemical activation provides for the formation of activated material in which most of the active sites are maintained for hydration and interaction with nano-materials, chemical and mineral admixtures, thus resulting in the formation of the beneficial cement composition. The active sites are suitable for the absorption of superplasticizers, water reducers, setting retarders, setting accelerators, air entraining agents, and nano-particles and the formation of active nano-layers. The active sites are responsible for the accelerated hydration of the cement particles by promoting enhanced internal nano-bonding between the hydration products.
Die chemischen Beimengungen sind verschiedene Stoffe mit verschiedenen Wirkungen und Anwendungen. Plastifizierer und Super-Plastifizierersind für die Kontrolle der Verarbeitbarkeit und Fließfähigkeit und umfangreiche Wasserreduktion entwickelt und dem Beton hinzugefügt. Die Plastifizierer und Super-Plastifizierer sind üblicherweise Lignosulfonate, modifizierte Lignosulfonate, sulfoniertes-Melamin-Formaldehyd-Kondensat, sulfoniertes Naphthalin-Formaldehyd-Kondensat, Polycarboxylatether-Copolymere, Polyacrylate, Polystyrolsulfonate, Polymere und Oligomere; Beschleuniger sind üblicherweise anorganische Salze, wie zum Beispiel Calciumnitrat, Calciumchlorid; Abbindeverzögerer basierend auf Zuckern, Hydroxycarbonsäuren und Polysacchariden; Luftporenbeimenger basierend auf Netzmitteln, wie zum Beispiel Salze des Holzharzes, synthetischen Detergenzien, Salze von Mineralölsäuren und Fett- und Harzsäuren und ihre Salze.The chemical admixtures are different substances with different effects and applications. Plasticizers and superplasticizers have been developed and added to the concrete for the control of processability and flowability and extensive water reduction. The plasticizers and superplasticizers are usually lignosulfonates, modified lignosulfonates, sulfonated-melamine-formaldehyde condensate, sulfonated naphthalene-formaldehyde condensate, polycarboxylate ether copolymers, polyacrylates, polystyrenesulfonates, polymers and oligomers; Accelerators are usually inorganic salts such as calcium nitrate, calcium chloride; Retarders based on sugars, hydroxycarboxylic acids and polysaccharides; Air entraining agents based on wetting agents, such as, for example, salts of wood resin, synthetic detergents, salts of mineral oil acids and fatty and resin acids and their salts.
Der Wirkmechanismus der Basisbetonplastifizierungsbeimengung ist elektrostatisch für Melamin- und Naphthalinsulfonate, elektrostatisch und räumlich für Polycarboxylatether, elektrostatisch, räumlich und tribologisch für Polycarboxylatether in Kombination mit Stabilisatoren.The mechanism of action of the base concrete plastification admixture is electrostatic for melamine and naphthalene sulfonates, electrostatic and spatial for polycarboxylate ethers, electrostatic, spatial and tribological for polycarboxylate ethers in combination with stabilizers.
Der Vorteil der Nutzung von Polycarboxylatether-Super-Plastifizierern ist aufgrund der elektrostatischen Abstoßung durch positiv geladene Oberflächen (wegen der Sorption der zerfallenen Hauptkette des Polymers) mit durch die zusätzlichen Seitenketten hinzukommende räumliche Abstoßung. Durch Hinzufügen eines Stabilisators kann eine weiter erhöhte Fließfähigkeit erreicht werden, da Gleitflächen an den Grenzflächen zwischen den einzelnen festen Teilchen erzeugt werden, was weiter die innere Reibung der Suspension herabsetzt (tribologischer Effekt). Erste Hydrationsprodukte können innerhalb zweier räumlich getrennter Zementkörner wachsen ohne die Fließfähigkeit der Suspension wesentlich zu beeinflussen. Starkes anfängliches Plastifizieren und eine verlängerte Verarbeitungsperiode des frischen Betons können durch Veränderung des Längenverhältnisses der Hauptketten zu den Seitenketten variiert werden.The advantage of using polycarboxylate ether superplasticizers is due to electrostatic repulsion from positively charged surfaces (due to sorption of the disintegrated polymer backbone) with spatial repulsion added by the additional side chains. By adding a stabilizer, a further increased flowability can be achieved, since sliding surfaces are produced at the interfaces between the individual solid particles, which further reduces the internal friction of the suspension (tribological effect). First hydration products can grow within two spatially separated cement grains without significantly affecting the fluidity of the suspension. Strong initial plasticization and prolonged processing period of the fresh concrete can be varied by changing the length ratio of the main chains to the side chains.
Die komplexe Beimengung mit Super-Plastifizierern kann ähnliche Effekte in dem Beton ausüben. Die Benutzung von Super-Plastifizierernin komplexen Beimengungen erhöht die aktive Oberfläche der Partikel, verbessert die Dispersion der Partikel einschließlich Nano-Partikel und Nano-Röhrchen im Innern der Zementzusammensetzung.The complex admixture with superplasticizers can exert similar effects in the concrete. The use of superplasticizers in complex admixtures increases the active surface area of the particles, improves dispersion of the particles including nano-particles and nano-tubes within the cement composition.
Wenn der Zement mit Wasser in Kontakt kommt, erfolgt die Bildung eines Gels auf der Kornoberfläche. Dieses komplexe Sulfo-Aluminat-Hydratgel übt einen Barriereeffekt aus und steuert die Auflösung und den Mengenfluss zwischen dem inneren Teil der Zementkörner und dem Porenwasser, wodurch es die Hydration der Silikatphasen beeinflusst. Dieses Gel entwickelt sich mit der Zeit, strukturiert und bildet kolloidale Kristalle, die Zementkörner verbinden (
Gut dispergierte Nano-Partikel wirken als Zentren der Kristallisation der Zementhydrate, so dass sie die Hydration beschleunigen. Das Nano-SiO2 ist effektiver in der Verbesserung der Beanspruchbarkeit des Mörtels und Betons als Silikastaub. Nano-SiO2 Partikel füllen die Poren und reduzieren auch den Gehalt an Ca(OH)2 im Innern des Hydrationsprodukts. Diese Wirkungen sind verantwortlich für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Mörtels mit Nano-Partikeln und reduzieren Mikrorisse. Nano-Partikel bevorzugen die Bildung kleiner einheitlicher Cluster von C-S-H-Gelen und kleinen Kristallen von Ca(OH)2 und Ettringit. Nano-SiO2 beteiligt sich an den puzzolanischen Reaktionen, was zu Verbrauch des Ca(OH)2 und die Bildung eines zusätzlichen C-S-H-Gels führt. Nano-Partikel verbessern die Struktur der Kontaktzone der Zuschläge, was zu einer besseren Bindung zwischen den Zuschlägen und dem Zementleim führt. Rissstillstand und Verzahnung zwischen den Gleitebenen unterstützt durch Nano-Partikel verbessern die Belastbarkeit, Scher-, Dehn- und Biegefestigkeit zementbasierter Materialien. Die Kombination von Nano-SiO2 and Mikro-SiO2 garantiert die bestmögliche Verdichtung von Portlandzement. Well-dispersed nanoparticles act as centers of crystallization of the cement hydrates, accelerating hydration. The Nano-SiO 2 is more effective in improving the strength of the mortar and concrete than silica fume. Nano-SiO 2 particles fill the pores and also reduce the content of Ca (OH) 2 in the interior of the hydration product. These effects are responsible for improving the mechanical properties of the mortar with nano-particles and reducing microcracks. Nanoparticles prefer to form small uniform clusters of CSH gels and small crystals of Ca (OH) 2 and ettringite. Nano-SiO 2 participates in the pozzolanic reactions, leading to consumption of Ca (OH) 2 and formation of an additional CSH gel. Nano-particles improve the structure of the contact zone of the aggregates, which leads to a better bond between the aggregates and the cement paste. Crack stop and interlocking between the slip planes supported by nano particles improve the strength, shear, elongation and bending strength of cement-based materials. The combination of nano-SiO 2 and micro-SiO 2 guarantees the best possible compression of Portland cement.
Die Kombination chemischer Beimengungen und nano- und mikrogroßen Partikeln von Portlandzement garantiert eine gute Fließfähigkeit des hochfesten und ultrahochfesten Betons, welcher bei sehr geringem Verhältnis von Wasser zu Zementbinder erreicht werden kann. Die Fließfähigkeit des hochfesten Betons und ultrahochfesten Betons bei einem geringen Verhältnis von Wasser zu Zementbinder wird wesentlich durch die Zusammensetzung, Struktur und Morphologie der organisch-mineralischen Nanoschichten und Nanogitter beeinflusst (wenn die funktionellen Gruppen nur an die aktiven Zentren binden).The combination of chemical admixtures and nano- and micro-sized particles of Portland cement guarantees good flowability of the high-strength and ultrahigh-strength concrete, which can be achieved with very low ratio of water to cement binder. The flowability of high-strength concrete and ultra-high-strength concrete with a low ratio of water to cement binder is significantly influenced by the composition, structure and morphology of the organic-mineral nano-layers and nanogrids (when the functional groups bind only to the active sites).
Die Bildung von C-S-H-Gelen und der Verbrauch von Ca(OH)2 resultiert in der Verbesserung des Hydrationsprozesses, und eine weitere Festigkeitsentwicklung kann durch Benutzen des kalkhaltigen Materials wie beispielsweise gebrannter Mergel, Pfannenschlacke, kalkreiche Flugasche, Wirbelschichtasche erreicht werden. Die kalkreichen Materialien können mechano-chemisch in trockener oder flüssiger (wässriger) Form mittels Mahlhilfsmitteln und/oder chemischen Beimengungen mit Nano- und/oder Mikro-Partikeln wie beispielsweise SiO2 aktiviert werden, um die aktiven C-S-H-Gele auf der Oberfläche der Partikel abzuscheiden; solche aktivierten kalkreichen Materialien können ferner zusammen durch Autoklavieren in das hydratisierte Produkt, das C-S-H-Gele und Ca(OH)2 umfasst, aufgearbeitet werden.The formation of CSH gels and the consumption of Ca (OH) 2 results in the improvement of the hydration process, and further strength development can be achieved by using the calcareous material such as calcined marl, ladle slag, calcareous fly ash, fluidized bed ash. The calcareous materials can be mechanochemically activated in dry or liquid (aqueous) form by grinding aids and / or chemical admixtures with nano- and / or micro-particles such as SiO 2 to deposit the active CSH gels on the surface of the particles ; such activated calcareous materials may further be worked up together by autoclaving into the hydrated product comprising CSH gels and Ca (OH) 2 .
Die Portlandzementzusammensetzung gemäß der Erfindung ist der Binder mit verbesserter innerer Bindung zwischen dem geltenden und dem auf Nanoebene maßgeschneiderten Hydrationsprodukt, sowie durch nanogroße Polymerpartikel veränderte Binder, ihre Lösungen/Emulsionen und/oder polymere Nanofilme.The Portland cement composition according to the invention is the binder with improved internal bonding between the applicable and the nano-level tailored hydration product, as well as nanosized polymer particles modified binders, their solutions / emulsions and / or polymeric nanofilms.
Die entwickelte Zementzusammensetzung weist die hohe Anfangsfestigkeit und sehr hohe Endfestigkeit, eine ausgezeichnete Beständigkeit und Korrosionsresistenz, verbesserte Biege- und Deformationseigenschaften auf; zusätzlich können verbesserte Belastbarkeit, kein/geringes Schrumpfen, geringe Wärmeausdehnung und verringertes Mikrorissverhalten verwirklicht werden.The developed cement composition has high initial strength and very high final strength, excellent durability and corrosion resistance, improved flexural and deformation properties; In addition, improved load capacity, no / low shrinkage, low thermal expansion and reduced microcracking behavior can be realized.
Die vorgelegte Zementzusammensetzung und komplexen Beimengungen sind für eine Anwendung in Normal- und Schwerbeton mit Druckfestigkeitsklassen beginnend von C30/37 geeignet und sind in Betonklassen ab C45/55 wirkungsvoller. Die vorgeschlagene Zementzusammensetzung ist für eine Anwendung in hochfestem Beton und Ultrahochleistungsbeton gemäß Tabelle 1 sehr geeignet.The submitted cement composition and complex admixtures are suitable for use in normal and heavy concrete with compressive strength classes starting from C30 / 37 and are more effective in concrete grades as of C45 / 55. The proposed cement composition is very suitable for use in high strength concrete and ultra high performance concrete according to Table 1.
Die vorgeschlagene Zementzusammensetzung ist auch für eine Anwendung als Leichtbeton mit Druckfestigkeitsklassen beginnend von LC 30/33 geeignet und ist in Betonklassen ab LC 45/50 wirkungsvoller.The proposed cement composition is also suitable for use as lightweight concrete with compressive strength classes starting from LC 30/33 and is more effective in concrete grades from LC 45/50.
Ausführungsweisen der ErfindungEmbodiments of the invention
BEISPIEL 1EXAMPLE 1
Das Beispiel demonstriert die Auswirkung der komplexen Beimengung, der Zementzusammensetzung und die qualitativen Eigenschaften des entwickelten Zements. Tabelle 2 Chemische Zusammensetzung zementartiger Materialien
SF – Silikastaub, MK – Metakaolin, L. O. I. – GlühverlustThe example demonstrates the effect of the complex admixture, the cement composition and the qualitative properties of the developed cement. Table 2 Chemical composition of cementitious materials
SF silica fume, MK metakaolin, LOI loss on ignition
Die komplexe Beimengung wurde durch Vormischen und Granulieren von Silikastaub und dem auf dem Natriumsalz des Melaminharzes basierenden Super-Plastifizierer in einem Labormixer für 15 Minuten gemischt. Die Zementzusammensetzung Nr. 1 wurde durch Zumahlen von Portlandzementklinker, Gips und komplexen Beimengungen für 2 Stunden in einer Standard-Kugelmühle vorbereitet; die Zementanteile sind in Tabelle 3 aufgelistet. Die mittlere Korngröße (D50) des gemahlenen Zements, normale Konsistenz und Anfangs- und Endabbindezeiten sind in Tabelle 3 angegeben und die mit einem Wasserzementwert von 0,4 (w/c – Wasser/Zementverhältnis) getesteten 1-, 2-, 7-, 28- und 90-Tage Druck- und Biegezugfestigkeiten des Mörtels sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 3 Verhältnisse der zementartigen Materialien und die Feinheit (D50), normale Konsistenz, Anfangs- und Endabbindezeiten des entwickelten Zements.
BEISPIEL 2EXAMPLE 2
Das Beispiel demonstriert die Auswirkung der komplexen Beimengung, der Zementzusammensetzung und die qualitativen Eigenschaften des entwickelten Zements.The example demonstrates the effect of the complex admixture, the cement composition and the qualitative properties of the developed cement.
Die komplexe Beimengung wurde durch Vormischen von Flugasche, Silikastaub und dem auf dem Natriumsalz des Naphthalinpolymerkondensats basierenden Super-Plastifizierer in einem Labormixer für 15 Minuten gemischt. Die Zementzusammensetzung Nr. 2 wurde durch Zumahlen von Portlandzementklinker, Gips und komplexen Beimengungen für 2 Stunden in einer Standard-Kugelmühle in den in Tabelle 5 gezeigten Verhältnissen vorbereitet. Die mittlere Korngröße (D50) des gemahlenen Zements, normale Konsistenz und Anfangs- und Endabbindezeiten sind in Tabelle 5 angegeben, und die mit einem Wasserzementwert von 0,4 (w/c – Wasser/Zementverhältnis) getesteten 1-, 2-, 7-, 28- und 90-Tage Druck- und Biegezugfestigkeiten des Mörtels sind in Tabelle 6 angegeben. Tabelle 5 Verhältnisse der zementartigen Materialien und die Feinheit (D50), normale Konsistenz, Anfangs- und Endabbindezeiten des entwickelten Zements.
BEISPIEL 3EXAMPLE 3
Das Beispiel demonstriert die Auswirkung der komplexen Beimengung, der Zementzusammensetzung und die qualitativen Eigenschaften des entwickelten Zements.The example demonstrates the effect of the complex admixture, the cement composition and the qualitative properties of the developed cement.
Die komplexe Beimengung wurde durch Vormischen und Granulieren von Metakaolin, Silikastaub und dem auf dem Natriumsalz des Melaminharzes basierenden Super-Plastifizierer in einem Labormixer für 15 Minuten gemischt. Die Zementzusammensetzung Nr. 3 wurde durch Zumahlen von Portlandzementklinker, Gips und komplexen Beimengungen für 2 Stunden in einer Standard-Kugelmühle in den in Tabelle 7 gezeigten Verhältnissen vorbereitet. Die mittlere Korngröße (D50) des gemahlenen Zements, normale Konsistenz und Anfangs- und Endabbindezeiten sind in Tabelle 7 angegeben und die mit einem Wasserzementwert von 0,4 (w/c – Wasser/Zementverhältnis) getesteten 1-, 2-, 7-, 28- und 90-Tage Druck- und Biegezugfestigkeiten des Mörtels sind in Tabelle 8 angegeben. Tabelle 7: Verhältnisse der zementartigen Materialien und die Feinheit (D50), normale Konsistenz, Anfangs- und Endabbindezeiten des entwickelten Zements.
BEISPIEL 4EXAMPLE 4
Das Beispiel demonstriert die Auswirkung der komplexen Beimengung, der Zementzusammensetzung und die qualitativen Eigenschaften des entwickelten Zements. Die komplexe Beimengung wurde durch Vormischen und Granulieren von Wirbelschichtflugasche und Silikastaub und dem auf modifiziertem Polycarboxylatpolymeren (PCE) basierenden Super-Plastifizierer in einem Labormixer für 10 Minuten gemischt. Die Zementzusammensetzung Nr. 4 wurde durch Zumahlen von Portlandzementklinker, Gips und komplexen Beimengungen für 2 oder 3 Stunden in einer Standard-Kugelmühle in den in Tabelle 9 gezeigten Verhältnissen vorbereitet. Die mittlere Korngröße (D50) des gemahlenen Zements, normale Konsistenz und Anfangs- und Endabbindezeiten sind in Tabelle 9 angegeben und die mit einem Wasserzementwert von 0,4 (w/c – Wasser/Zementverhältnis) getesteten 1-, 2-, 7-, 28- und 90-Tage Druck- und Biegezugfestigkeiten des Mörtels sind in Tabelle 10 angegeben. Tabelle 9 Verhältnisse der zementartigen Materialien und die Feinheit (D50), normale Konsistenz, Anfangs- und Endabbindezeiten des entwickelten Zements.
BEISPIEL 5EXAMPLE 5
Das Beispiel demonstriert die Auswirkung der komplexen Beimengung, der Zementzusammensetzung und die qualitativen Eigenschaften des entwickelten Zements. Die komplexe Beimengung wurde durch Vormischen von Silikastaub und dem auf modifizierten Polycarboxylatploymeren (PCE) basierenden Super-Plastifizierer in einem Labormixer für 10 Minuten gemischt. Die Zementzusammensetzung Nr. 5 wurde durch Zumahlen von Portlandzementklinker, Gips, granulierter Hochofenschlacke und komplexen Beimengungen für 2 Stunden in einer Standard-Kugelmühle in den in Tabelle 11 gezeigten Verhältnissen vorbereitet. Die mittlere Korngröße (D50) des gemahlenen Zements, normale Konsistenz und Anfangs- und Endabbindezeiten sind in Tabelle 11 angegeben und die mit einem Wasserzementwert von 0,4 (w/c – Wasser/Zementverhältnis) getesteten 1-, 2-, 7-, 28- und 90-Tage Druck- und Biegezugfestigkeiten des Mörtels sind in Tabelle 12 angegeben. Tabelle 11 Verhältnisse der zementartigen Materialien und die Feinheit (D50), normale Konsistenz, Anfangs- und Endabbindezeiten des entwickelten Zements.
BEISPIEL 6EXAMPLE 6
Das Beispiel demonstriert die Auswirkung der komplexen Beimengung, der Zementzusammensetzung und die qualitativen Eigenschaften des entwickelten Zements.The example demonstrates the effect of the complex admixture, the cement composition and the qualitative properties of the developed cement.
Die einzelnen Komponenten der komplexen Beimengung und einzelnen Portlandzementkomponenten werden einzeln in die Mühle dosiert und der gemeinsamen Vermahlung unterzogen. Das einzelne Dosieren und Zumahlen wird unter Verwendung einer industriellen Mahleinheit, welche zwei Kugelmühlen (Vorschleifen und Feinmahlen) und eine Trenneinrichtung umfasst durchgeführt. In diesem Fall war die komplexe Beimengung nicht vorgemischt; so wurden alle Komponenten einzeln dosiert: Silikastaub wurde direkt in den Eingang der letzten Mahlanlage zugeführt, und flüssiges PCE Super-Plastifizierer wurde oben auf die Rohstoffe in den Eingang der Vorschleifmühle dosiert. Andere Materialien wurden unter Verwendung bestehender Dosier- und Transportsysteme zugeführt. Um die mechano-chemische Aktivierung zu erzielen, wurden Silikastaub und PAE-Beimengung zugegeben und mit anderen Komponenten vermahlen (sie wurden in einem Bereich von 6,4 bis 8,4% für SF und 1,4 bis 1,9% für PCE zugegeben), auf eine Dosierung von 1,5% und 6,4% für SF beziehungsweise PCE abzielend. Die Zementzusammensetzung Nr. 5 wurde durch Zumahlen von Portlandzementklinker, Gips, granulierter Hochofenschlacke und komplexen Beimengungen für 2 Stunden in einer Standard-Kugelmühle in den in Tabelle 13 gezeigten Verhältnissen vorbereitet. Die mittlere Korngröße (D50) der gemahlenen Zementzusammensetzung, normale Konsistenz und Anfangs- und Endabbindezeiten sind in Tabelle 13 angegeben und die mit einem Wasserzementwert von 0,4 (w/c – Wasser/Zementverhältnis) getesteten 1-, 2-, 7-, 28- und 90-Tage Druck- und Biegezugfestigkeiten des Mörtels sind in Tabelle 14 angegeben. Tabelle 13 Verhältnisse der zementartigen Materialien und die Feinheit (D50), normale Konsistenz, Anfangs- und Endabbindezeiten des entwickelten Zements.
BEISPIEL 7EXAMPLE 7
Das Beispiel demonstriert die Auswirkung der komplexen Beimengung, der Zementzusammensetzung und die qualitativen Eigenschaften des entwickelten Zements. Die komplexe Beimengung wurde durch Vormischen und Granulieren von Silikastaub und dem auf modifizierten Polyacrylatpolymeren (PAP) basierenden Mahlhilfsmittel in einem Labormixer für 10 Minuten gemischt. Die Zementzusammensetzung Nr. 7 wurde durch Zumahlen von Portlandzementklinker, Gips, granulierter Hochofenschlacke und komplexen Beimengungen für 2 Stunden in einer Standard-Kugelmühle in den in Tabelle 15 gezeigten Verhältnissen vorbereitet. Die mittlere Korngröße (D50) des gemahlenen Zements, normale Konsistenz und Anfangs- und Endabbindezeiten sind in Tabelle 15 angegeben und die mit einem Wasserzementwert von 0,4 (w/c – Wasser/Zementverhältnis) getesteten 1-, 2-, 7-, 28- und 90-Tage Druck- und Biegezugfestigkeiten des Mörtels sind in Tabelle 16 angegeben. Tabelle 15 Verhältnisse der zementartigen Materialien und die Feinheit (D50), normale Konsistenz, Anfangs- und Endabbindezeiten des entwickelten Zements.
Die angegebenen Beispiele dienen als Illustration und decken nicht alle möglichen Typen komplexer Beimengungen, Zement- und Betonzusammensetzungen und die qualitativen Eigenschaften der entwickelten Materialen ab.The given examples serve as illustration and do not cover all possible types of complex admixtures, cement and concrete compositions and the qualitative properties of the developed materials.
Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability
Die entwickelte Zementzusammensetzung weist die hohe Anfangsfestigkeit und sehr hohe Endfestigkeit, eine ausgezeichnete Beständigkeit und Korrosionsresistenz, verbesserte Biege- und Deformationseigenschaften auf; zusätzlich können verbesserte Belastbarkeit, kein/geringes Schrumpfen, geringe Wärmeausdehnung und verringertes Mikrorissverhalten verwirklicht werden.The developed cement composition has high initial strength and very high final strength, excellent resistance and corrosion resistance, improved flexural and tensile strength Deformation properties; In addition, improved load capacity, no / low shrinkage, low thermal expansion and reduced microcracking behavior can be realized.
Die vorgeschlagene Zementzusammensetzung und komplexen Beimengungen sind für eine Anwendung in Normal- und Schwerbeton mit Druckfestigkeitsklassen beginnend von C30/37 geeignet und sind in Betonklassen ab C45/55 wirkungsvoller. Die vorgeschlagene Zementzusammensetzung ist für eine Anwendung in hochfestem Beton und Ultrahochleistungsbeton gemäß Tabelle 1 sehr geeignet, ebenso wie für eine große Auswahl von Faserverbundwerkstoffen.The proposed cement composition and complex admixtures are suitable for use in normal and heavy concrete with compressive strength classes starting from C30 / 37 and are more effective in concrete grades from C45 / 55. The proposed cement composition is very suitable for use in high strength concrete and ultra high performance concrete according to Table 1 as well as for a wide variety of fiber composites.
Die vorgelegte Zementzusammensetzung ist auch für eine Anwendung als Leichtbeton mit Druckfestigkeitsklassen beginnend von LC 30/33 geeignet und ist in Betonklassen ab LC45/50 wirkungsvoller.The submitted cement composition is also suitable for use as lightweight concrete with compressive strength classes starting from LC 30/33 and is more effective in concrete grades from LC45 / 50 upwards.
Der mit Hochleistungszement hergestellte Hochleistungsbeton kann in Hochhäusern, Stahlbetonfertigteilen, Start- und Landebahnen, Brücken, Offshore- und Marine-Bauwerken, Tunneln, Parkhäusern, Spritzbeton und Reparatur von Bauwerken, Unterwasserbeton, und speziellen Böden und vielen anderen Spezialanwendungen wie zum Beispiel dem Bau in Erdbebenzonen, Sicherheitsbehälter nuklearer und gefährlicher Abfälle eingesetzt werden.The high performance concrete high performance concrete can be used in high rise buildings, reinforced concrete precast, runways, bridges, offshore and marine structures, tunnels, car parks, shotcrete and repair of structures, underwater concrete, and special floors and many other specialty applications such as construction in Earthquake zones, containment of nuclear and hazardous waste.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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