DE2043747A1 - Verfahren zum Herstellen von Zementen, die frühzeitig außerordent hch hohe mechanische Festigkeit er reichen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Zementen, die frühzeitig außerordent hch hohe mechanische Festigkeit er reichen

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DE2043747A1 DE19702043747 DE2043747A DE2043747A1 DE 2043747 A1 DE2043747 A1 DE 2043747A1 DE 19702043747 DE19702043747 DE 19702043747 DE 2043747 A DE2043747 A DE 2043747A DE 2043747 A1 DE2043747 A1 DE 2043747A1
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B7/00—Hydraulic cements
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Description

I-TIHOI7 CHI-(ENT COMPANY LIMITED, 6--1, Otemachi 1-chome, Chiyoda-ku
Tokyo, Japan
Verfahren zum Herstellen von Zementen, die frühzeitig außerordentlich hohe mechanische Festigkeit erreichen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zementen, die frühzeitig außerordentlich hohe mechanische Festigkeit erreichen. Der Ausdruck "Portlandzemente" wird hier so angewandt, daß hierunter Portlandzement, Portland-Hochofenzement, Kieselerde-Zement, Flugaschezement und dgl. zu verstehen sind. Portlandzemente v/erden in großen Mengen als Materialien für Beton auf dem Gebiet der Ingenieurwissenschaften und Ersteilen von Bauwerken, Beton und üörtel zum Herstellen von Betonprodukten oder sekundären Zementprodukten angewandt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Portlandzemente eine Vielzahl an Vorteilen besitzen, wie Leicht!gkeitdes Ausbildens der verschiedenen Konstruktionsformen, Betonprodukten oder sekundären Betonproduten, relativ hohe mechanische Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Feuersicherheit besitzen, sowie Billigkeit gegeben ist.
Andererseits binden Irw. härten Portlandzemente relativ langsam und dieselben müssen gegebenenfalls in Verschalungen oder Formen mehrere Tage lang sich selbst überlassen werden, biles sie die gewünschte mechanische Festigkeit erreicht haben.
rVenn sich auch das mehrtägige Abbinden und Härten bei den üblichen Bauarbeiten als nicht besonders nachteilig erweist, soll doch das Abbinden von Beton auf bestimmten Anwendungsgebieten möglichst kurzzeitig erfolgen, wie z.B. bei Pflasterarbeiten von stark frequentierten Straßen, Reparaturarbeiten an Straßen oder Brücken, Reparaturarbeiten oder Verbreiterungsarbeiten an Start- undLandebahnen auf Plughäfen und dgl.
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Weiterhin ist bei Betonarbeiten in klimatisch kalten Gebieten zweckmäßig einen Beton anzuwenden, der kurzzeitig abbindet, um so Schwierigkeiten durch ein mögliches schlechtes Abbinden des Betons bedingt durch Gefrieren der Feuchtigkeit vor dem Abbinden zu verhindern.
Bei derartigen schnell auszuführenden Betonarbeitsn, und dies gilt insbesondere unter klimatisch ungünstigen Bedingungen finden Portlandzemente hoher Abbindegeschwindigkeiten oder zusätzlich eine Vielzahl von Beimischungen Anwendung, die das Abbinden des Betons fördern. Selbst unter diesen Bedingungen jedoch, sind Abbindezeiten von langer als 2 oder 3 Tagen erforderlich und in einigen Fällen sind die Ergebnisse nicht zufriedenstellend.
Zusätzlich zu den oben angegebenen Nachtellen, wie sie durch Zusatzmittel für das Fördern des Abbindens des Betons verursachtwerden, können sich eine Verringerung der nach längerer Zeit vorliegenden mechanischen Festigkeit oder physikalischer oder chemischer Dauerhaftigkeit des Betons ergeben oder es kann eine verstärkte Neigung zum Korrodieren des Armierungsstahls in dem armierten Beton auftreten. Unter bestimmten Bedingungen verbietet sich das Anwenden derartiger Zusatzmittel aufgrund von Standardvorschriften für Betonarbeiten. Somit können bei vielen dringenden Arbeiten keine Zusatzmittel angewandt werden. Wahlweise greift man daher anstelle von Portlandzementen zu Tonerdezementen mit sehr hohen Abbindegeschwindigkeiten, Klebstoffe als Hauptbestandteil enthaltende Kunststoffe, Asphalt oder dgl. Jedoch sind hier verwickelte Anwendungsvorschriften bezüglich der Tonerdezemente und der Klebstoffe im Vergleich zu Portlandzementen erforderlich und die beiden ersteren sind auch sehr kostspielig. Dieselben sind somit für Betonarbeiten ungeeignet, wo eine groee Menge an Zement oder Klebstoff erforderlich 1st. Andererseits ist das Anwenden von Asphalt auch Pflasterasphalt beschränkt bedingt durch geringe mechanische Festigkeit und Brennbarkeit nach dem Erhärten.
Schließlich ergibt sich bei dem Herstellen von Betonprodukten, Betonzählern, Betonträgern und Teilen von vorgefertigten Gebäuden: oder sekundären Zementprodukten, wie Zementplatten und Zementas bestrohren ein Abbinden bei normalen Temperaturen für die Beton*
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oder Mörtelprodukte nach dem Verformen von mehreren Tagen der langer, so daß eine Anzahlen Formen und erhebliche Flächen erforderlich sind, oder andererseits muß man zwecks Verringern der Abbindezeit durch Fördern des Härtens vermittels Erhitzen mit normalem oder Hochdruckwasserdampf in einem Wasserdampf-Abbinderaum oder Autoklaven arbeiten, so daß hier Zuilagen, wie ein Boiler, Wasserdampf härtungsraum oder Autoklave und Brennstoffe für das ERzeugen des Wasserdampfes erforderlich sind, wodurch wiederum ein zusätzlicher Aufwand und erhöhte Betriebskosten resultieren. Derartige Mittel kann man somit schwerlich im Zusammenhang mit relativ großen Gegenständen anwenden, die an oder benachbart zu der Baustelle vorliegen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die mit beschriebenem Stand der Technik verbundenen Nachteile unter Anwenden von Portlandzement auszuräumen, wobei ein Verfahren geschaffen wird, das für die industrielle Durchfährung geeignet ist unter Ausbilden von Zenent extremer Festigkeit und kurzer Abbindezelt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Materialien, wie Kalkstein, Ton und Pyritabbrand wie sie gewöhnlich als Rohprodukte für Portlandzement^ herangezogen werden, ein Rohmaterial angewandt wird, das als Haupt- oder Nebenbestandteil eine Chromverbindung, wie Chromit (im folgenden Rohmaterial der Chromkopponente bezeichnet) und ein Rohmaterial, das als die Haupt- oder Nebenkomponente ein Fluorid, wie Fluorit (im folgenden Tonmaterial der Fluoridkomponente bezeichnet) enthält, zum Herstellen von Rohgemischen, die erhalten werden entweder vermittels Vermischen zerkleinerter oder gemahlener Rohmaterialien oder durch weiteres Vermählen der Rohgemische, sowie ein Vermischen dieser Rohmaterialien in einem derartigen Verhältnis erfolgt/ daß sich Gehalte an Tricalciumsilikat (3 CaO.SiO2), Tricalclumaluminat (3 CaO.Al3O3), Chromoxid (Cr2O3) und Fluorid (F) in Klinkern, die durch Sintern der Rohgemische erhalten werden, ergibt, die im Rahmen der folgenden Tabelle I liegen.
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Tabelle I
Bestandteil oder Element Gehaltsbereich (%) Tricalciumslllkat (3CaO.SiO2) 65 bis 85
Tricalciumaluminat(3CaO.Al3O3) 7 bis 13
Chromoxid (Cr2O3) 0,3 bis 1,5
Fluor (F( 0,2 bis 1,0
Bei dem Herstellen der Zemente vermittels Zerkleinern von Gemischen des Klinkers und Gips erfolgt eine derartige Zugabe zu den Klinkern in derartigen Mengen an Gips, daß der Gehalt an Schwefelsäureanhydrid (SO3) in den Zementen sich auf 1,5 bis 4,5% beläuft. Es erfolgt ein Vermählen des sich °rgebenden Zementes unter Ausbilden von spezifischen Oberflächen von 4500 bis 6500 cm /g. Die Gehalte werden-ausgedrückt In Gewichtsprozent. Der Ausdruck "Gips" wie er hier angewandt wird, schließt natürlichen Gips ein, wie er anhand des Japanese Industrial Standard JIS R 9151 (Vorschrift für natürlichen Gips für Zemente) definiert 1st, sowie weitere chemische und lleenproduktgipse.
In der obigen Tabelle wird der Gehalt an Tricalciumsilikat und Tricalciumaluminat In dem Klinker in entsprechender Welse berechnet aufgrund der chemischen Analyse des Klinkers in der Weise, wie es in JIS R 5202 (Chemical Analysis of Portland Cement) berechnet wird anhand der folgenden Gleichung für die Gehalte an Calciumoxid, Kieselerde, Tonerde, Elsenoxid und Schwefelsäureanhydrid:
3 CaO.SiO2 = (4,07 χ CaO)-(7,6O χ SiO2)-(6,72 x Al3O3) -(1,48 χ Fe2O3)-(2,85 χ SO3)
3 CaO.Al2O3 = (2,65 χ Al3O3J-(I,69 χ Fe3O3)
wobei 3CaO.SiO2, 3 CaO1Al3O3, CaO, SiO31 Al3O3, Fe3O3 und SO3 die Gehalte an Tricalciumsilikat, Tricalciumaluminat, Calciumoxid, Kieselerde, Tonerde, Eisenoxid und Schwefelsäureanyhdrid in dem Klinker wiedergeben. Die berechneten Gehalte an Tricalciumsilikat und Tricalciumaluminat sind in runden Zahlen ausgedrückt. Die Verbindungen und Elemente nach der Tabelle I bedeuten diejenigen, die für die Gehalte vermittels des Verfahrens JIS R 5202 oder vermittels herkömmlicher chemischer Analyseverfahren bestimmt werden können, und es handelt sich um Verbindungen, die aufgrund der Gehalte unter Anwenden der obigen Gleichungen für die Berechnung
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berechnet werden können, jedoch bedfeutet dies nicht unbedingt, daß die Verbindungen oder Elemente in dem Klinker in den wiedergegebenen Formeln vorliegen nüssen. Die spezifische Oberfläche des Zementes wird aufgrund des Verfahrens gemessen, die unter 7.1-(spezifischer Oberflächentest) in JIS R 5201 (Physikalische Prüfverfahren für Zement) beschrieben ist.
Das Brennen des Klinkers kann weiterhin dadurch erleichtert werden, daß zusätzlich zu den oben angegebenen Rohmaterialien eine kleine Menge eines Rohmaterials zugegeben wird, das als Hauptbestandteil oder Nebenbestandteil eine Manganverbindung enthalt, wie Manganerz, sowie ein Rohmaterial, das als Haupt- oder Nebenbestandteil ein TItanverbindung enthält, wie Rutil oder Ilmenit. Der Zusatz kann auch in Fortfall kommen.
Die die Abblndetjeschwindigkeit oder mechanische Festigkeit des Portlandzementes beeinflussenden Faktoren sind die chemischen Zusammensetzungen oder die Verbindungsbestandteile des Klinkers, das Zusatzverhältnis des Gips, die Feinheit des Zementes und dgl. Allgemein gesehen, 1st es bekannt, daß höhere Gehalte an Tricalciumsilikat und Tricalclumaluminat in dem Klinker oder eine größere Oberfläche des Zementes zu einem kurzzeitigeren Abbinden flührt, wodurch frühzeitig hohe mechanische Festigkeit ausgebildet wird.
Andererseits jedoch sind Rohproduktgemische, die zu einem Klinker höherer Trlcalciumsilikatgehaltes führen Gemische, die geringere ümsetzungsfählgkelt besitzen und somit eine hohe Brenntemperatur oder lange Brenntemperatur erforderlich machen, wodurch eine größere Brennstoffmenge verbraucht und geringere Kapazität des Brennofens bedingt werden. Weiterhin führt ein höherer Gehalt an Trlcalciumsllikat in dem Klinker zu der Bildung eines Zementes, der geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion, wie durch Sulfatlösung verursacht, besitzt. Eine größere Oberfläche des Zementes führt zu einem stärkeren Einschrumpfen bei dem Abbinden und Trocknen von Beton oder mit Zement ausgebildeten Mörteln, wodurch sich eine stärkere Neigung zur Rißbildung ergibst.
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Es 1st somit industriell unmöglich, einen Zement mit guter Qualität lediglich dadurch herzustellen, daß die Gehalte an Tricalciumsilikat und Tricalicumaluminat in den Klinker oder die spezifische Oberfläche des Zementes vergrößert werden, wenn auch eine derartige Vergrößerung zu einem Zement hoher mechanischer Festgkeit innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne führt.
Aufgrund intensiver Untersuchungen bezüglich dieser Zemente hoher Festigkeit und kurzer Abbindezeit wurde ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Zementes gefunden, der in bemerkenswerter Weise frühzeitig sehr hohe mechanische Festigkeit aufweist, bei dem Abbinden und Trocknen wenig Schrumpfung und eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Sulfat besitzt, die angenähert gleich derjenigen herkömmlicher derartiger Zemente ist und weiterhin kann der Klinker des Zementes genau so leicht wie der Klinker von normalen Portlandzementen oder Zementes hoher Festigkeit gebrannt werden.
Die Prüfergebnisse bezüglich der erfindungsgemäßen Zemente sind in den Tabelle II bis IV wiedergegeben.
Die Tabelle II zeigt die Prüfergebnisse, bei denen natürlich der Gips den Klinkern mit verschiedenen Gehalten an Trlcalciumsilikat und Tricalciumaluminat bis zu einem Schwefelsäureanhydrid gehalt der Zemente bis zu 2,5% zugesetzt worden ist, und die erhaltenen Zemente werden auf spezifische Oberflächen von ange-
nähert 4500 cm /g vermählen und Messungen der mechanischen Festig keiten nach 1 und 3 Tagen auch bezüglich der Widerstandsfähig keit gegenüber Sulfat ausgeführt.
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Tabelle II
Klinkerbestandteile (%) spezl-Probe Ttical- Trical- fische Nr. dumsi- clumalu- freier Oberlikat minat SaIk fläche
des Zementes
mechanische Festigkeit des Zementes (kg/cm2) Biegefestlg- Druckfestigkeit keit Id 3d Id 3d
Widerstandsfähigkeit gegenüber Sulfat (Ausdehnung)(%)
7d
14d
28d
56d
1 60
2 65
3 70
4 75
5 80
6 85
7 75
8 75
9 75
10 75
11 75
12 75
13 65
14 85
10
10
10
10
10
10
11
13
15
13
7
0,7 1/0 1,3 0,8 1/4
1/9 0,7 1/3 l/2 1/5 1/1 1/6 0,9 0,8
4420 26,7 49,0 93
4450 31,4 51,8 103
4560 35,1 54,5 154
4520 40,2 60,5 178
4500 40,6 58,7 184
4440 38,0 57,6 159
4480 26,5 46,9 88
4380 32,9 54,3 104
4510 34,6 60,1 160
4600 42,3 59,8 181
4450 42,8 56,0 182
4560 43,2 53,4 178
4580 34,4 53,2 145
4540 35,5 56,2 137
212 0,042 0,055 0,070 0,082
209 0,036 0,049 0,061 0,078
285 0,034 0,048 0,059 0,073
326 0,030 0,047 0,062 0,077
318 0,035 0,054 0,063 0,085
298 0,028 0,052 0,073 0,086
204 0,024 0,043 0,052 0,072 «
240 0,027 0,045 0,056 0,070
317 0,030 0,051 0,062 0,077
322 0,043 0,060 0,079 0,098
307 0,051 0,073 0,094 0,112
314 0,067 0,107 0,126 0,142
265 0,048 0,069 0,088 0,106
288 O,O24 0,052 0,050 0,081
NJ
CD
GO
-P--
Bei den Untersuchungen werden Kalkstein, Ton, Kieselerde und Pyritabbrand in einer Kugelmühle soweit vermählen, daß dieselben durch ein Standardsieb 80 .u nach JIS Z 8801 (Vorschrift für Standardsiebe) hindurchgeführt und der auf dem Sieb verbleibende Rückstand beläuft sich auf etwa 2 bis 5%. Sodann erfolgt ein Vermischen der einzelnen Bestandteile in entsprechenden VErhältnissen in Abhängigkeit von den chemischen Zusammensetzungen der zuvor analysierten Rohprodukte. Sodann erfolgt ein Zusatz von Calciumfluorid in reiner Form in einer derartigen Menge, daß sich der Fluorgehalt des Klinkers auf 0,4% beläuft. Die erhaltenen Gemische v/erden sodann in einer Kugelmühle soweit vermählen, daß sie durch ein Standardsieb 80,u hindurchgehen, wobei der auf dem Sieb verbleibende Rückstand sich bis zu etwa 1% beläuft. Zu den Roh— geischen werden geringe Mengen an gummi arabicum und Wasser zugesetzt. Die erhaltenen Gemische werden sodann in Stangen mit einem Durchmesser von etwa 1 cm und einer Länge von etwa 10 cm. verformt. Die Stangen werden getrocknet und allmählich in einem elektrischen Ofen auf eine Innentemperatur von etwa 145O°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird das Brennen solange durchgeführt, bis der Gehalt an freiem Calciumoxid sich auf etwa 1% der ausgebildeten Klinker beläuft. Den Klinkern wird Gips bis zu Schwefelsäureanyhdrid-Gehalten in den Zementen bis zu etwa 2,5% zugesetzt. Die erhaltenen Gemische werden in einer Kugelmühle auf eine spezfische Oberfläche bis auf etwa 4500 cm /g unter Ausbilden von Zementproben vermählen.
Die Gehalte an freiem Calciumoxid in den Klinkern werden nach dem allgemein bekannten Verfahren von Lerch-Bogue gemessen, wonach freies Calciumoxid in der feinvermahlenen Probe vermittels einer Glyzerin-A'thanol-Lösung extrahiert wird. Im Anschluß hieran erfolgt Titration unter Anwenden der Standard-Äthanollösung von Ammoniumacetat. Die mechanische Festigkeit der Zemente wird vermittels des Verfahrens bestimmt, das unter 10 (mechanischer Test) in JIS R 5201 (physikalische Prüfverfahren von Zement) beschrieben ist. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Sulfat wird vermittels des Verfahrens nach ASTM C-452-64 (Standard Prüfverfahren für mögliche Ausdehnung von Portlandzementmörteln, die der Einwirkung von Sulfat ausgesetzt sind) geprüft, und das Prüfergebnis wird
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ausdrückt in der Ausdehnung jeder Probe bei jeden entsprechenden Alter und die ainen kleineren Ausdehnungskoeffizienten aufweisende Probe wird so bewertet, daß dieselbe eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Sulfat aufweist.
Wie anhand der Tabelle all gezeigt, ist die mechanische Festigkeit im Alter von 1 oder 3 Tagen höher bei höherem Gehalt an Tricaliiumsilikat bei den Proben Nr. 1 bis 6, die gleichen Tricalicum aluminatgehalt aufweisen und ist höher bsi einem höheren Gehalt an Tricalciumaluminat bei den Proben 7 bis 12, die gleichen Tricalciumsilikatgehalt besitzen. Die Proben Nr. 2, die 65% Tricalciumsilikat und 10% Tricalciumaluminat enthält und die Probe Nr. 8, die 75% des ersteren und 7% des letzeren enthält, zeigen geringfügig geringere mechanische Festigkeitswerte, während die Probe Hr. 13, die die gleiche Menge an Tricalciumsllikat (65%) als die Probe Nr. 2 enthält, sowie die Probe 14, die die gleiche !!enge an Tricalciumaluminat (7%) wie die Probe Hr. 8 enthält, geringfügig höhere Festigkeitswerte zeigen. Diese Zahlenwerte zeigen, daß eine ausreichende Kombination des vorliegenden Tricalciumsilikates und Aluminates zu einem Zement hoher mechanischer Festigkeit zu einem frühen Zeltpunkt führt. Andererseits zeigen die Ergebnisse bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegenüber Sulfat, daß die Probe mit höherem Gehalt an Tricalciumaluminat dazu neigen, eine größere Ausdehnung zu zeigen. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Gehaltsbereiche an Tricalicumslllkat und -aluminat, wie sie bevorzugt für einen Klinker sind, der zu einem Zement mit frühzeitig hoher mechanischer Festigkeit führt, sowie nicht zu geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Sulfat besitzt, sich auf 65 bis 85% bzw. 7 bis 13% belaufen sollen.
Die Tabelle III zeigt die Prüfergebnisse von Klinkern, die 75% Trlcalciumslllkat und 10% Trlcallcumaluminat enthalten und aus Rohgemischen hergestellt v/erden, die entweder als solche angewandt werden oder denen entweder Chromoxid (Cr2O, 7 oder Calclumfluorid (CaF2) oder beide in verschiedenen Verhältnissen zugesetzt worden sind. Das Brennen erfolgt bei einer Temperatur von 145O°C bis der Gehalt an freien Calciumoxid in den Klinkern sich auf etwa 1% beläuft. Es wird Gips den Klinkern bis zu Schwefel-
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säureanhydridgehalten in den Zementen.von etwa 2,5% zugesetzt.
Im Anschluß hieran erfolgt ein Vermählen in einer Kugelmühle
2 unter Ausbilden spezifischer Oberflächen von etwa 4500 cm /gf und die mechanischen Festigkeiten werden nach 1 und 3 Tagen bestimmt.
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Tabelle III
Gehalt (%) Brenn- Gehalt an
Chrom- Fluor zeit freiem Kalk
oxid (F) (min) im Klinker (Cr2O3) (%)
Festigkeit des Zementes
(kg/cm2)
Biegefestig- Druckfestigkeit keit Id 3d Id 3d
0,0 0,0 180 1,6 28,8 48,2 130 245
0,3 0,0 180 1,3 30,6 46,7 132 240 ·
0,6 0,0 180 1,1 30,4 48,4 125 228
0,9 0,0 180 1,2 32,1 52,8 127 272
1,2 0,0 18O 0,7 34,2 50,9 136 273
1,5 0,0 150 1,2 34,5 51,0 132 265
0,0 0,2 90 0,8 37,5 53,8 132 268
0,0 0,4 60 0,8 40,2 57,5 168 286
0,0 0,6 6O 0,6 42,4 59,7 162 286
0,0 0,8 40 1,0 38,3 56,6 151 270
0,0 1,0 30 1,2 32,2 53,4 137 261
0,3 0,2 40 1,5 41,9 59,2 183 303
0,3 0,4 40 1,2 43,4 61,5 200 317
0,3 0,6 30 0,8 43,6 62,4 195 325
0,3 0,8 20 0,8 40,0 61,8 172 304
0,3 1,0 20 0,5 37,8 62,3 168 322
0,6 1,2 40 1,3 43,6 61,7 194 314
0,6 0,4 30 1,0 45,3 64,5 206 332
0,6 0,6 20 1,2 43,8 63,5 188 326
0,9 0,2 30 1,2 43,1 63,8 181 307
0,9 0,4 30 1,2 46,7 62,8 193 313
1,2 0,2 30 0,9 43,4 61,0 162 304
1,2 0,4 20 0,8 41,8 59,7 184 294
1,5 0,2 20 1,3 37,2 58,2 152 281
1,5 0,4 20 1,5 40,4 60,8 166 302
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Bei diesen Prüfungen werden die Pohgemische hergestellt vermittels Vermischen von Kalkstein, Ton, Kieselerde und Pyritabbrand in entsprechenden Verhältnissen, woran sich gegebenenfalls ein Zusatz von reinem Chromoxid oder Calclumfluorid dergestalt anschließt, daß die Gehalte an Chromoxid und/oder Fluor in den Klinkern den Zahlenwerten nach der Tabelle III entsprechen. Sodarn erfolgt ein Vermählen der Gemische in einer Kugelmühle unter Ausbilden der Rohgemische. Die Brennzeit wird von dem Zeltpunkt an bestimmt, wo die innere Temperatur des elektrischen Ofens eine Temperatur von 145O°C erreicht bis zu dem Zeitpunkt, wo der Gehalt an freiem Calciumoxid in den Klinkern auf etwa 1% verringert worden ist.
Wie in der Tabelle III gezeigt, sind die Rohgemische bei Brennen derselben als solche so langsam in ihrer Umsetzungsfähigkeit,daß sehr lange Zeitspannen erforderlich sind, um den Gehalt an freiem Calciumoxid in den Klinkern auf etwa 1% zu verringern, und so sind die relativ frühzeitig vorliegenden mechanischen Festigkeitswerte öer aus den diesen Klinkern hergestellten Zemente nicht zufriedenstellend. Wenn auch die unter Zusatz von entweder Chromoxid oder Calciurnfluorid hergestellten Rohgemische geringfügig Verbesserung bezüglich der Umsetzungsfähigkeit zeigen, und somit die aus diesen Klinkern hergestellten Zemente geringfügig verbesserte mechanische Festigkeit relativ frühzeitig aufweisen, sind doch die Wirkungen des Zusatzes nicht zufriedenstellend. Die Chromoxid und Calciumfluorid gleichzeitig enthaltenden Rohgemische, die diese Verbindungen in ausreichenden Mengen enthalten, führen jedoch zu Klinkern, die geringe Gehalte an freiem Calciumoxid nach kurzen Brennzeiten aufweisen, wodurch sich Zemente ergeben, die nach 1 und 3 Tagen sehr hohe mechanische Festigkeitswerte zeigen. Aufgrund der Ergebnisse dieser Untersuchungen ergibt sich, daß die Mengen an Chromkomponente und Fluoridkomponente, die den Rohgemischen zugesetzt wird, vorzugsweise in derartigen Bereichen liegt, daß sich die Gehalte an Chromoxid und Fluor in dem Klinker auf 0,3 bis 1,5% bzw. 0,2 bis 1,0% belaufen.
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Die Tabelle IV zeigt die Prüfergebnisse bezüglich der mechanischen Festigkeiten nach 1 und 3 Tagen und das Einschrumpfen bei de:n Abbinden und Trocknen werden anhand von Zementproben bestimmt, die vermittels Zusatz von Gips mit unterschiedlichen Verhältnissen zu einem Klinker erhalten werden, der 75% Tricalciumsilikat, 10% Tricalciumaluminat, 0,4% Chromoxid und 0,4% Fluor enthält. Im Anschluß hieran erfolgt ein Vermählen auf sine spezifische Oberfläche von 4500 bis 6000 cm2/«?·
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O CD OO
Gehalt an
Schwefel
säureanhy
drid
(%)		 spezifische
Oberfläche
(cm2/g)		 Tabelle IV 59,9 Druckfestig
keit ,
(kg/citT)
ld 3d		 292 Schrumpfkoeffizient bei
Härtung und Trocknung
(10-4)
7d 28d 56d 9ld		 13,05 16,36 17,96
Pro
be
Nr. 		1,5 4580 Bieaefestigkeit
(kg/cm2)
ld 3d		 60,8 148 310 4,45 12,18 14,28 15,70
51 2,0 4550 36,3 62,5 166 329 4,29 13,26 17,20 18,32
52 2,5 4620 39,7 63,7 178 336 4,48 10,42 12,71 14,44
53 3,0 4530 43,4 65,0 194 341 3,65 7,90 9,44 11,67
54 3,5 4480 45,9 64,6 210 331 2,93 7,75 9,13 11,48
55 4,0 4540 47,2 59,3 214 318 2,53 7,47 9,04 11,73
56 4,5 4550 49,0 65,4 199 325 2,63 8,06 9,55 11,99
57 3,5 5020 46,5 66,0 224 344 3,08 8,32 9,72 12,45 ^
58 3,5 5560 52,3 64,1 233 336 3,18 8,48 9,64 12,82
59 3,5 6020 52,8 61,4 251 318 3,24 13,42 17,56 18,80
60 1,5 5970 54,9 64,4 185 338 4,64 12,37 14,11 15,18
61 2,0 6040 44,3 192 4,33
62 47,8
2Ü43747
In der Tabelle IV aind die Gehalte an Schwefelsäureanhydrid in den Zementen anstelle des Zusatzverhältnisses des Gipses wiedergegeben. Die Messung bezüglich des Elnschrumpfens bei dem Abbinden und Trocknen wird vermittels des Verfahrens nach JCEAS H-Il-1961 (Standardverfahren für die Längenveränderung von Mörteln bei dem Abbinden und Trocknen) bestimmt, wobei es sich um ein Standardprüf verfahren handelt, das durch die Cement Assocation of Japan herausgegeben worden ist. Dieses Prüfverfahren läßt sich wie folgt kurz darstellen.
Zu einem Teil der Probe werden 2 Teile Toyoura-Standardsand und 0,6 Teile Wasser gegeben und das Genisch unter Ausbilden eines Hörtels verknetet. Der Mörtel wird in die Form für die Prüfung der mechanischen Festigkeit nach JIS eingeführt, in feuchter Luft 48 Stunden lang abbinden gelassen und sodann die Form unter Ausbilden des Prüfstückes entfernt. Das Prüfstück wird in Wasser 5 Tage lang abbinden gelassen, und sodann wird das Prüfstück in einem Behälter gehalten, der einen Feuchtigkeitsgehalt von 76% oder 44% aufweist, wobei als Feuchtigkeits-Konditionierungsmittel eine gesättigte wässrige Lösung von natriumchlorid oder Kalinmcarbonat angewandt wird. r.Jach einer gegebenen Zeitspanne wird das Prüfstück aus dem Behälter entfernt und der Schrumpfungskoeffizient dadurch bestimmt, daß genau die Entfernung zwischen den Kalibrierungslinien auf Milchgläsern gemessen wird, die zuvor benachbart zu beiden Enden des Prüfstückes eingeführt worden sind. Die Berechnung erfolgt auf der Grundlage der Entfernung zwischen den Kalibrierungslinien unmittelbar vor der Lagerung.
Der Schrumpfungskoeffizient nach dem Abbinden und Trocknen gibt einen Hinweis auf die neigung des mit dem Zement hergestellten Betons oder Mörtels während des Abbindens und Trocknens einzuschrumpfen. Der kleinere Koeffizient zeigt an, daß der Beton oder Mörtel bei dem Abbinden und Trocknen geringere Schrumpfung zeigt und somit geringere Wahrscheinlichkeit einer Rißbildung vorliegt.
Wie anhand der Tabelle IV gezeigt, führt bei den Proben 51 bis 57, die angenähert gleiche spezifische Oberflächen besitzen, ein größe-
- 16 109814/1900
2UA37A7
rer Gehalt an Schwefelsäureanhydrid zu einer höheren mechanischen Festigkeit frühzeitig während des Abbindevorganges und zu einem geringeren Schrumpfungskoeffizienten bei dem Abbinden und Trocknen. Bei den Proben 55 und 58 bis 60, die gleichen Gehalt an Schwefelsäureanhydrid aufweisen, führt eine größere spezifische Oberfläche zu einer höheren mechanischen Festigkeit frühzeitig während des Abbindevorganges, jedoch größerem Schrumpfungskoeffizienten bei dem Abbinden und Trocknen. Die geringfügig geringeren mechanischen Festigkeitswerte der Proben 51 und 52, die in entsprechender Weise 1,5 und 2,0% Schwefelsäureanhydrid enthalten und beide eine spezifische Oberfläche von
2
4500 cm /g aufweisen, gegenüber denjenigen der anderen Proben und die höheren mechanischen Festigk^itswerte der Proben 61 und 62 di^ gleichen Gehalt an Schwofelsäureanhyörid besitzen, jedoch eine spezifische Oberfläche von 6000 cm /g besitzen, zeigt an, daß eine geeignete Kombination des Gehaltes an Schwefelsäureanhydrid und spezifischer Oberfläche zu einem Zement führen kann, der frühzeitig hohe mechanisch? Festigkeit aufweist.
Anhand dieser Ergebnisse ergibt sich, daß die Gehalte an Schwefelsäureanhydrid und snezifischer Oberfläche sich vorzugsweise für Zemente, die frühzeitig hohe mechanische Festigkeit besitzen und einen kleinen Schrumpfungskoeffizienten b«l dem Abbinden und
2 Trocknen besitzen, sich auf 1,5 bis 4,5% bzw. 4500 bis 6000 cm /g
belaufen sollten.
Die Erfindung wird weiterhin anhand einer Reihe Ausführungsbeispiele erläutert:
Beispiel 1
Es werden Kalkstein, Ton, Kieselerde, Pyritabbrand, Chromit und Fluorit getrennt in eine Kugelmühle soweit zerkleinert, daß dieselben durch ein Standardsieb mit 80,u hinduchgehen, wobei der auf dem Sieb verbleibende Rückstand sich bis zu etwa 2 bis 5% beläuft. Sodann erfolgt ein Vermischen in einem entsprechenden Verhältnis in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Rohmaterials. Das sich ergebende Gemisch wird sodann in einer Kugelmühle soweit vermählen, daß dasselbe durch ein Standardsieb mit 80 .u hindurchgeht, wobei der auf dem Sieb verbleibende Rückstand sich bis zu etwa 12 beläuft. Das Rohgemisch wird
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2U437A7
in einem Drehofen auf einen Gehalt von Calciumoxid in dem Klinker bis zu etwa 1% gebrannt. Es wird ein Klinker erhalten, der 74% Tricalelumsilikat., 10% Tricalciumalumlnat, 0,5% Chromoxid und 0,4% Fluor enthält. Dem Klinker wird Gips in einer derartigen Menge zugesetzt, daß sich der Gehalt an Schwefel säureanjiydrid in dem Zement auf 3,3% belauft und das Gemisch wird sodann in einer Kugelmühle auf eine spezifische Oberfläche von 5000 cm /g unter Ausbilden eines Zementes vermählen, der frühzeitig extrem hohe mechanische Festigkeit aufweist.
Beispiel 2
Es werden die gleichen Rohmaterialien und Arbeitsweisen nach dem Beispiel 1 angewandt unter Herstellen eines Klinkers, der 66% Tricalciumsilikat, 13% Tricalciumaluminat, 0,4% Chromoxid und 0,4% Fluor enthält. Dam Klinker wird Gips in einer derartigen ilenge zugesetzt, daß sich der Gehalt an Schwefolsäureanhydrld in dem Zement auf 3,7% beläuft und das Gemich wird sodann in einer Kugelmühle auf eine spezifische Oberfläche von 5620 cm /g unter !Ausbilden eines Zementes vermählen, der frühzeitig extrem hoha Festigkeit aufweist.
Beispiel 3
Es werdedndie gleichen Rohmaterialien und Arbeitsweisen nach dem Eaispiel 1 angewandt unter Ausbilden eines Klinkers, der 83% Tricalciumsilikat, 8% Tricalciumaluminat, 0,6% Chromoxid und 0,6% Fluor enthält. Dem Klinker wird Gips in einer derartigen Menge zugesetzt, daß sich der Gehalt an Schwefelsäureanhydrid in dem Zement auf 3,1% beläuft und das Gemisch wird in einer Kugelmühle
2
auf eine Oberfläche von 4770 cm /g unter Erzielen eines Zementes
frühzeitig hoher mechanischer Festigkeit vermählen.
Beispiel 4
Es werden die gleichen Arbeitswelsen wie nach Beispiel 1 mit der Ausnahme angewandt, daß den nach Beispiel 1 angewandten Rohmaterialien Manganerz als Rohmaterial herangezogen wird, wobei ein Klinker erhalten wird, der se 75% Tricalciumsilikat, 10%Tricalclumaluminat, 0,3% Chromoxid, 0,4% Fluor und 0,3% Manganoxid (MnO) enthalt. Dem Klinker wird Gips in einer derartigen Menge zugesetzt, daß sich der Gehalt an Schwefelsäureanhydrid in dem Zement auf 3,5% beläuft und das Gemisch wird in einer Kugelmühle
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auf eine spezifische Oberfläche von 5160 cm /g vermählen unter Ausbilden eines Zementes, der frühzeitig extrem hohe mechanische FEstigkelt aufweist.
Beispiel 5
Es werden die gleichen Arbeitsweisen wie nach dem Beispiel 1 mit der Ausnahms angewandt, daß zusätzlich zu den im Beispiel 1 angewandten Rohmaterialien als Rohmaterial Ilmenit angewandt wird. Es wird ein Klinker erhalten, der 75% Tricalciumsillkat, 9% Tricalciumaluminat, 0,4% Chromoxid, 0,4% Fluor und 0,4% Titanoxid (TiO3) enthält. Dem Klinker wird Gips in einer derartigen Menge zugesetzt, daß sich der Gehalt an Schwefelsäureanhydrid in dem Zement auf 3,3% beläuft und das Gemisch in einer
2 Kugelmühle auf eine spezifische Oberfläche von 5020 cm /g unter Ausbilden eines Zementes vermählen, der frühzeitig extrem hohe mechanische Festigkeit aufweist.
Es werden physikalische Prüfungen nach JIS R 5201 (physikalische Prüfverfahren für Zement), chemische Analysen nach JIS R 5202 (chemische Analyse von Portlandzement) und Prüfungen bezüglich des Einschrumpfens bei den Abbinden und Trocknen und bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegenüber Sulfat mit Proben der nach den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Zemente, die frühzeitig hohe mechanische Festigkeit aufweisen, im Vergleich mit einer Probe ausgeführt, die für einen Portlandzement nach dem Stand der Technik gekennzeichnet ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle V wiedergegeben.
1098U/19Q0
Prüfstück/Probe
spezifisches Gewicht . Feinheit spez.Oberfläche (cnr/g) Rückstand auf Standardsieb 88 /i % Abbinden '
anfängliche Abbindezeit (h/min) abschließendes Abbinden (h/min)
Qualität 2
mechanische Festigkeit (kg/cm ) Biegefestigkeit Id
3d
Sd
28d
Druckfestigkeit Id
3d
Chemische Zusammensetzung Glühverlust
unlöslicher Rückstand Kieselerde
Tonerde
Eisen-III-oxid
Calciumoxid
Magnesiumoxid
Sbhwefelsäureanhydrld Gesamt:
28d
- Beispl al _______ 4 5 Portlandzement,
Tabelle V 2 3,11 3,11 der frühzeitig
erfindunsgemäßer Zement 3,10 3 5160 5020 hohe mechanische
5620 3,13 0,3 0,2 Festigkeit erreicht
0,2 4770 l-i23 1-20 3,13
2-05 0,3 2-13 1-50 4060
1 3-20 1-10 gut gut 0,9
3,12 gut 2-25 53,8 50,2 2-35
5000 48,2 gut 66,0 64,4 3-45
0,2 63,8 48,3 70,7 72,6 gut
1-15 71,0 63,6 77,8 79,1 25,8
2-05 79,1 72,2 230 221 47,2
gut 208 78,8 354 338 62,5
51,9 330 214 408 396 78,2 >fc
64,3 397 336 483 478 99
75,2 473 420 1,7 1,3 229
79,8 1,9 490 0,3 0,3 345
236 0,4 1,7 19,2 19,5 483
348 18,3 0,3 5,3 5,3 0,8
424 6,6 20,1 2,7 2,8 0,6
496 3,3 4,2 64,9 65,2 21,4
1,4 63,7 2,1 0,9 1,0 4,6
0,2 1,0 66,3 3,5 3,3 2,8
19,7 3,7 0,9 93,5 98,7 66,0
5,2 98,9 3,1 1,0
2,9 93,7 2,4 £
65,4 99,6 9
0,9
3,3
99,0
Tabelle V (Fortsetzung)
Prüfstück/Probe
Härtung und trocknung 7d Schrumpfkoeffizient 28d (10~4) 56d
Widerstand gegenüber Sulfat (Ausdehnung) (%) 7d
28d 56d
CO O O
erfindunsgpTvißer Zement 1 2 3 2,73 4 5 Portlandzement, der
frühzeitig hohe mecha
nische Festigkeit er
reicht
3,13 2,86 H1 26 2,95 3,03 5,64
5,92 7,12 12,33 7,14 3,34 15,32
9,27 12,08 0,022
0,043
0,072		 11,28 11,85 2O,47
0,028
0,049
0,074		 0,032
0,051
0,077		 0,033
0,054
0,078		 0,030
0,053
0,081		 0,025
0,045
0,067
Wie in der Tabelle V gezeigt, sind die Biege- und Druckfestigkeiten nach 1 Tag des wie oben angegeben hergestellten Zementes mit frühzeitig extrem hoher Festigkeit zweimal so hoch wie diejenigen eines frühzeitig hochfesten Portlandzementes und angenähert gleich den Festigkeiten des letzteren, wenn dieser 3 Tage alt ist. Die Festigkeiten nach 3 Tagen sind bei dem Zementen mit frühzeitig extrem hoher Festigkeit gleich denjenigen eines 7 Tage alten Portlanfizementes mit frühzeitig hoher Festigkeit, und die Festigkeiten nach 7 Tagen des letzteren sind weit höher als die entsprachenden des letzteren. Diese Zemente,mit frühzeitig extrem hohen Festigkeiten weisen geringere Schrumpfung beim Härten und Trocken auf und sind praktisch gleich wlderstandsfähig gegenüber Sulfat wie Portlandzement mit frühzeitig hoher Festigkeit. Aus diesen Zementen hergestellte Betone und ilörtel weisen bessere Qualität und zufriedenstellende Dauerhaftigkeit gegenüber chemischer Korrosion auf.
Somit ermöglicht das Anwenden dieser Zemente mit frühzeitig extrara hoher Festigkeit bei Betonarbalten, die dringend erforderlich oder in kalten Regionen ausgeführt werden, ein schnelles Abschließen der Arbeit in einer kürzeren Zeitspanne aufgrund der weit kürzeren Härtungsperiode des Betons oder verhindert ein Gefrieren des Betons und ist somit In wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft.
Die Härtungszelten der Betonprodukte oder sekundärer Zementprodukte können verkürzt werden ohne daß ein Wasserdampferhitzen dar gegossenen Produkte beim Anwenden dieser Zemente erforderlich lstf Dies führt zu Kosteneinsparungen, die für Ausrüstungen, wie Boiler, Härtungsraum oder Autoklaven und Gefäßen für Brennstoff erforderlich wären.
1098U/1900

Claims (3)

  1. Patentansprüche
  2. 2. Verfahren zum Herstellen von Zementen, die frühzeitig außerordentlich hohe mechanische Festigkeit erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu Materialien, wie Kalkstein, Ton und Pyritabbrand, wie sie üblicherweise als Rohmaterialien für Portlandzement herangezogen werden, ein Rohmaterial angewandt v/ird, das als Kauptkomponente oder Hebenkomponente eine Chromverbindung enthält, die Chromit sowie ein Rohmaterial/ das Haupt- oder Nbbenkomponente ein Fluorid, wie Fluorit, enthält, zum Herstellen von Rohgeraischen, die entweder durch Zerkleinern oder Vermählen der Rohmaterialien oder durch weiteres Vermählen der Rohgemische erhalten werden, sodann diese Bohmateriallßn in einem derartigen Verhältnis vermischt werden, daß sich Gehalte an Trlcaliciumsilikat (3 CaO.SiO2), Trlcalciumalumlnat (3 CaCAl3O3), Chromoxid (Cr3O3) und Fluor (F) in Klinkern ergeben, die durch Sintern der Rohgemische erhalten werden, welche innerhalb der im folgenden Bereiche liegen
    Verbindung oder Element Tricalciumsilikat (3 CaO.SlO2) Tricalciumaluminat (3 CaO-Al2O3)
    Gehaltsbertich (%)
    Chromoxid (Cr3O3) Fluor (F)
    65 bis 85 7 bis 13 0,3 bis 1,5 0,2 bis 1,0
    zum Herstellen der Zemente vermittels Zerkleinern der Gemische der Klinker und Gips, den Klinkern derartige Mengen an Gips zugesetzt werden, daß sich die Gehalte an Schwefelsäureanyhdrid (SO3) in den Zementen auf 1,5 bis 4,5% belaufen und sodann die sich ergebenden Zemente vermählen werden unter Ausbilden spezifischer Oberflächen der Zemente von 4500 bis 6000 cm /9.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Rohmaterialien eine geeignete Menge eines Rohmaterials zugesetzt wird, das als Haupt- oder Nebenkomponente eine Manganverbindung,
    wie Manganerz enthält.
    1098U/1900 . 2 .
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gek^nnzeichnot, daß den Pohmaterialien eine geeignete Menge eines Ttohmeterlals zugesetzt Y/ird, das als Haupt- oder N^b^nkonponents? pine Titanverbindung, wie Rutil odar Ilmenit enthilt.
    109SU/1900
    BAD
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