DE19840425A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels und damit hergestelltes Bindemittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels, insbesondere Zements, bei dem Rohstoffe in einem Mischvorgang gemischt und in einem Brennvorgang ge­ brannt, sowie ggf. in einem Mahlvorgang vermahlen werden, ein mit einem derartigen Verfahren hergestelltes Bindemittel, ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffs unter Einsatz dieses Bindemittels, sowie einen mit diesem Verfahren hergestellten Baustoff.

Verfahren der eingangs angegebenen Art werden beispiels­ weise zur Produktion von Zement, der zur Herstellung von Mör­ teln oder Betonen benötigt wird, eingesetzt. Dabei werden üb­ licherweise Rohstoffe, wie etwa Kalkstein, Ton, Kalkmergel, Tonmergel und dgl., im Mischvorgang homogenisiert und ggf. fein gemahlen. Die so vorbereiteten Rohstoffe werden dann im allgemeinen in Dreiirohröfen zu Zementklinker gebrannt. Schließlich wird der gebrannte Zementklinker üblicherweise mit einem Sulfatträger (Gips und/oder Anhydrit) gemeinsam vermah­ len. Gegebenenfalls werden dem Bindemittel Zusatzstoffe, wie granulierte Hochofenschlacke, Kalkstein, natürliche oder künstliche Puzzolane durch Mischen, bzw. getrennte Vermahlung und Mischen zugesetzt. Zur Herstellung des Betons wird der so erhaltene Zement mit Wasser, Betonzuschlag und ggf. Betonzu­ satzmitteln und weiteren Betonzusatzstoffen einem weiteren Mischvorgang unterzogen.

In dem erhärteten Baustoff sind üblicherweise Kapillarpo­ ren enthalten, durch deren Saugwirkung Wasser und darin mögli­ cherweise enthaltene Schadstoffe in den Baustoff gelangen kön­ nen. Wenn dieses Wasser gefriert dehnt es sich in den Kapil­ larporen aus, was zur Bildung von Rissen in dem Baustoff füh­ ren kann. Andererseits können mit dem Wasser auch Schadstoffe in Form von Taumitteln in den Beton gelangen, die eine Beschä­ digung des Betons selbst und insbesondere auch der darin übli­ cherweise eingelagerten Metallarmierungen oder der Bewehrung durch Korrosion verursachen können.

Im Hinblick auf diese Probleme wurde bereits vorgeschla­ gen, bei der Herstellung von Beton Betonzusatzmittel in Form von Luftporenbildnern einzusetzen. Diese Luftporenbildner wer­ den üblicherweise während des zum Erhalt des verarbeitungs- und erstarrungsfähigen Produktes benötigten Mischvorgangs zu­ gegeben. Beim Mischen des Baustoffs werden mit Hilfe der Luft­ porenbildner geschlossene Mikroluftporen erzeugt, die auch im erhärteten Beton bzw. Mörtel erhalten bleiben. Die Mikroluft­ poren ersetzen im Frischbeton bzw. -mörtel fehlende Feinstan­ teile und verbessern so die Verarbeitbarkeit. Im erhärteten Beton sind die Mikroluftporen im Zementstein eingelagert und unterbrechen das Kapillarsystem wodurch die Saugwirkung ver­ mindert wird. So kann unter Einsatz der Luftporenbildner das Eindringen von Wasser und der darin enthaltenen Schadstoffe in den fertigen Baustoff gehemmt werden.

Durch die Zugabe der Luftporenbildner können jedoch die mechanischen Eigenschaften des fertigen Baustoffs, wie etwa das Schwindverhalten und der Elastizitätsmodul nachteilhaft verändert werden.

Die Erzeugung wirksamer künstlicher Luftporen in Baustof­ fen, insbesondere im Beton, durch Zugabe von Luftporenbildnern während des Mischvorgangs gehört daher zu den kompliziertesten betontechnologischen Aufgaben und ist nur mit einer mäßigen Zuverlässigkeit durchführbar. Daher treten trotz Zugabe von Luftporenbildnern immer wieder Frost- und Taumittelbeschädi­ gungen von Betonen auf. Weiter sind die unter Einsatz von Luftporenbildnern hergestellten Luftporenbetone im Hinblick auf die nicht immer vorhersagbare Beeinflussung der mechani­ schen Eigenschaften durch die Luftporenbildner in bestimmten Bereichen, wie etwa bei der Herstellung von Spannbeton nicht zugelassen.

Angesichts dieser Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels anzugeben, das die Produktion dauerhafter Baustoffe unter Sicherstellung einer guten Verarbeitbarkeit und zufriedenstellender mechanischer Eigenschaften der Bau­ stoffe ermöglicht, sowie ein entsprechendes Bindemittel und ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Baustoffs anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels der eingangs angegebenen Art gelöst, das im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß den Rohstoffen während des Misch-, Brenn- und/oder Mahl­ vorgangs ein Luftporenbildner zugegeben wird.

Diese Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, daß die mit der Zugabe von Luftporenbildnern bei herkömmlichen Verfah­ ren zur Herstellung von Beton einhergehenden Probleme in er­ ster Linie darauf zurückgehen, daß die Beimengung geringer Mengen eines Betonzusatzmittels, wie etwa des Luftporenbild­ ners während der Herstellung von Frischbeton durch Mischen von Zement, Betonzuschlag u. ggf. weiteren Betonzusatzmitteln und -zusatzstoffen zum einen nur mit einer geringen Genauigkeit erfolgen kann und zum anderen zu einer ungleichmäßigen Vertei­ lung des Luftporenbildners in dem Frischbeton führt. Die mäßige Genauigkeit bei der Bestimmung der Menge des zugegebe­ nen Luftporenbildners führt zu einer entsprechenden mäßigen Genauigkeit bei der Festlegung des Luftporengehalts im ferti­ gen Baustoff. Andererseits führt die ungleichmäßige Verteilung des Luftporenbildners zu einer entsprechend ungleichmäßigen Verteilung der damit erzeugten Luftporen, insbesondere der zur Unterbrechung der Saugwirkung der Kapillarporen wirksamen Mi­ kroluftporen, in dem Baustoff.

Überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, daß diese Probleme beseitigt werden können, wenn der Luftporenbildner bereits bei der Herstellung des zur Produktion des Baustoffs benötigten Bindemittels zugegeben wird. Eine gleichmäßige Ver­ teilung des Luftporenbildners im fertigen Baustoff wird bei Einsatz entsprechender Bindemittel dadurch erreicht, daß die Luftporenbildner bereits bei der Herstellung des Bindemittels einem Misch- u. ggf. Mahlvorgang unterzogen werden, so daß be­ reits eine gleichmäßige Vormischung erzeugt wird, die später zu einer gleichmäßigen Verteilung des Luftporenbildners bzw. der Luftporen im Baustoff führt. Zum anderen ist der Anteil des Luftporenbildners an der Bindemittelmenge wesentlich höher als der Anteil des Luftporenbildners an der Baustoffmenge, weil zur Herstellung des fertigen Baustoffs noch zusätzlich Stoffe, wie Wasser, Betonzuschlag u. dgl. hinzugefügt werden. Aus diesem Grund kann der Luftporenbildner bei der Herstellung des Zementes mit einer hohen relativen Genauigkeit zugegeben werden. Daher erfolgt auch der Luftporeneintrag in den mit dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Baustoff mit hoher Genauigkeit.

Der Luftporenbildner, welcher in flüssiger oder pulver­ förmiger Form gemeinsam mit den Ausgangsstoffen des Bindemit­ tels vermahlen und/oder vermischt wird, erfährt durch diese technologischen Vorgänge eine optimale Verteilung im Bindemit­ tel. Die Verarbeitung von einem auf o. g. Art und Weise herge­ stellten Bindemittel zu einem Baustoff (Beton, Estrich, Mörtel oder Putz) ist mit weiteren Mischvorgängen verbunden. Diese bewirken eine gute Verteilung des bereits mit Luftporenbildner versetzten Bindemittels im gesamten Gefüge des Baustoffes. Auf diesem Wege kommt es zur optimalen Entfaltung der Luftporen und deren gleichmäßiger Verteilung im Baustoff. Auch die Ver­ arbeitbarkeit des frischen Baustoffgemisches wird durch die Rollwirkung der Luftporen verbessert.

Versuche haben gezeigt, daß die Zugabemengen von der Art des Luftporenbildners abhängig variiert werden müssen, um eine Zielgröße des Luftporengehaltes zu erreichen. Pulverför­ mige LP-Bildner sollten eine Dosiermenge von z. B. 0,01 Gewichst-% flüssige LP-Bildner von z. B. 0,3 Gewichts-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Bindemittels, haben. Die Dosie­ rung kann im Herstellerwerk des Bindemittels stationär erfol­ gen. Die Produktionsbedingungen in modernen Zementwerken er­ möglichen eine stetige gute Dosiergenauigkeit. Somit können die Dosierschwankungen nach den herkömmlichen Verfahren der Zugabe erheblich vermindert werden.

Wenngleich der Luftporenbildner bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels auch in flüssiger Form zugegeben werden kann, hat es sich als zweckmäßig erwie­ sen, wenn pulverförmiger Luftporenbildner zugegeben wird, weil pulverförmige Luftporenbildner, wie etwa auf Basis von synthe­ tischen Produkten, insbesondere Olefinsulfonaten hergestellte Luftporenbildner trocken gut lagerfähig sind und eine Tempera­ turbeständigkeit bis zu 100°C gewährleisten. Daneben besitzen pulverförmige Mittel auch eine gute Dosierbarkeit.

Wie der vorstehenden Erläuterung zu entnehmen ist, zeich­ net sich ein erfindungsgemäßes Bindemittel im wesentlichen da­ durch aus, daß es neben den üblichen Bestandteilen, wie Ze­ mentklinker und Sulfonatträger (Anhydrit und/oder Gips) und üblichen Zusatzstoffen auch noch einen Luftporenbildner ent­ hält.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Baustoffs mit einem erfindungsgemäßen Verfahren werden das den Luftporen­ bildner bereits enthaltende Bindemittel, Zuschlag, wie etwa Kies, Sand, Schotter u. dgl., Wasser sowie ggf. weitere Zu­ satzmittel, wie etwa Verflüssiger, Erstarrungsverzögerer, Er­ starrungsbeschleuniger u. dgl., und Zusatzstoffe, wie etwa Flugasche, Pigmente u. dgl. zum Erhalt eines verarbeitungs- und erstarrungsfähigen Produktes miteinander vermischt. Dabei werden die Menge des Luftporenbildners in dem Bindemittel, der Bindemittelanteil und/oder die Mischintensität sowie die Mischdauer während des weiteren Mischvorgangs vorzugsweise so eingestellt, daß der Luftporengehalt des Baustoffs weniger als 5,0 Vol.-%, vorzugsweise etwa 4,0 Vol.-%, beträgt und/oder der Abstandsfaktor der Luftporen in dem Baustoff weniger als 0,24 mm beträgt und/oder der Mikroluftporengehalt gemäß L 300 des Baustoffs mehr als 1,5 Vol.-% beträgt, weil durch Einhal­ tung dieser Grenzwerte eine besonders gute Dauerhaftigkeit des Baustoffs ohne nennenswerte Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften unter Gewährleistung einer guten Verarbeitbar­ keit erreicht wird. Mit dem Begriff Abstandsfaktor wird hier der mittlere Abstand zwischen den einzelnen Luftporen in dem fertigen Baustoff bezeichnet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Luftporenbe­ tone ohne Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Betons hergestellt werden. Daher können diese Luftporenbetone im gesamten Betonbau, also insbesondere auch zur Herstellung von Spannbeton eingesetzt werden. Falls im Einzelfall keine Luftporen im Baustoff gewünscht sind, beispielsweise bei Bau­ stoffen, für die ein besonders hoher Elastizitätsmodul ver­ langt wird, können die erfindungsgemäßen Bindemittel einge­ setzt werden, wenn bei der Herstellung des Baustoffs ein Ent­ schäumer zugesetzt wird, mit dem die Luftporen wieder besei­ tigt werden.

In Laboruntersuchungen wurde ein pulverförmiger Luftpo­ renbildner in herkömmlicher Art und Weise Üblichen Betonmi­ schungen zugesetzt (Versuch 1). Die Menge und Verteilung der eingeführten Luftporen wurde nach dem Druckausgleichsverfahren gemäß DIN 1048 als Gesamt-LP-Gehalt (Vol.-%) und mit einem Air-Void-Analyser als Mikroluftporengehalt LP 300 (Vol.-%) und einem Abstandsfaktor AF (mm) bestimmt.

In einem weiteren Versuch wurden die Luftporen durch Ein­ satz der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bindemittel in die Betonmischungen eingetragen (Versuch 2). Dazu wurden die zu verwendenden Zemente mit einem pulverför­ migen Luftporenbildner gemischt und danach die Betonrezepturen wie bei Versuch 1 hergestellt. Auch für den so erhaltenen Be­ ton wurden die Menge und die Verteilung der eingetragenen Luftporenbildner gemessen. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle dargestellt.

Aus dieser Tabelle geht hervor, daß der Eintrag der Luft­ poren durch Einsatz eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bindemittels mit hoher Genauigkeit möglich ist, weil der Luftporenbildner bereits im Zement zugemischt und über diesen dosiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich zur Herstellung beliebiger Bindemittel einge­ setzt werden. Insbesondere ist an den Einsatz des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur Herstellung aller derzeit üblichen, ge­ normten Zementzusammensetzungen gedacht, die zur Herstellung von Beton, Mörtel, Estrich und Putz eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels, insbeson­ dere Zements, bei dem Rohstoffe in einem Mischvorgang ge­ mischt, in einem Brennvorgang gebrannt und/oder in einem Mahl­ vorgang vermahlen werden, dadurch gekennzeichnet, daß den Roh­ stoffen während des Misch-, Brenn- und/oder Mahlvorgangs ein Luftporenbildner zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftporenbildner in einer Menge von 0,01 bis 5 Gewichts-%, vorzugsweise etwa 0,01 Gewichts-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Bindemittels zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftporenbildner in Pulverform und/oder als Flüssig­ keit zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf Basis von natürlichen oder synthetischen Produkten, insbesondere Olefinsulfonaten, hergestellter Luftporenbildner zugegeben wird.

5. Bindemittel, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

6. Verfahren zur Herstellung eines Baustoffs, bei dem ein Bindemittel nach Anspruch 5 in einem weiteren Mischvorgang mit Wasser, Zuschlag wie ggf. Zusatzmitteln und Zusatzstoffen zu einem verarbeitungs- und erstarrungsfähigen Produkt vermischt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Luftporenbildners in dem Bindemittel, der Binde­ mittelanteil und/oder die Mischintensität sowie die Mischdauer während des weiteren Mischvorgangs so eingestellt werden, daß der Luftporengehalt des Baustoffs weniger als 5,0 Vol.-%, vor­ zugsweise etwa 4,0 Vol.-%, beträgt und/oder der Abstandsfaktor der Luftporen in dem Baustoff weniger als 0,24 mm beträgt und/oder der Mikroluftporengehalt (L 300) des Baustoffs mehr als 1,5 Vol.-% beträgt.

8. Baustoff, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7.