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Zementgemisch und Verfahren zu seiner Herstellunz
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Die Erfindung betrifft ein Zementgemisch, das gemahlenen Zementklinker,
Füllmittel, Anmachwasser und Stoffe auf der Basis von Lignosulfonaten enthält, wodurch
die Eigenschaften des Zementsteines günstig beeinflußt werden, sowie Verfahren zu
dessen Herstellung.
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Bei den benannten Zementmischungen war es erforderlich, verschiedene
Zusätze zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften, wie z.B. ein langsames Anwachsen
der Festigkeit
im Anfangsstadium der Hydratation, ein verhältnismäßig
noher Wasserkoeffizient gegen den theoretischen Wert und die daraus resultierenden
nachteiligen Wirkungen, zu verwenden. Zur Herabsetzung des Wasserkoeffizienten werden
plastifizierende Zusätze, z.B. auf Basis von Lignosulfonaten angewendet, deren maximale
Menge einen negativen Einfluß auf das Abbinden des Zementbreies nat. Die bekannten
Zementgemische enthalten einen Cipsstein mit einer bedeutenden Regelwirkung.
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Bein Verkleinerungsprozeß während des Mahlens von Zementklinker entstehen
neue Oberflächen mit honer Oberflächenenergie und dadurch bedingt auch einer vergrößerten
Reaktionsfähigkeit, welche die Ursache einer Agglomeration ist. Durch das Ma@len
verkleinert sich die Anhäufung der zermahlenen Tellchen und dadurch erhönt sich
bei gleichem Verbrauch die spezifische Oberfläche des lahlgutes oder bei einer gegeenden
spezifischen Oberflache erhöht sien die Leistung der Mühle und das Manlgut wird
verflüssigt.
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Als Mahlzusätze werden bisher verschiedene Flüssigkeiten und feste
Stoffe angewendet. Es gehören zu ihnen organische Säuren und ihre Salze, gesättigte
Alkohole, Amine, Ester, Sulfitlaugen und andere organische Verbindungen, ebenso
wie z.B. Halbkoks, Konle und Elugasche. Die Anwendung dleser
Mahlzusätze
zum @ahlen des Zementklinkers ist durch idre bekannten Höchstmengen begrenzt, deren
überschreitung die Verschlechterun von Eigenschaften, wie z.B. der Verarbeitbarkeit,
der Entwicklung der Festigkeiten usw. zur ohne hat.
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weiterhin ist ein Intensivierungsmittel als Lusatz beim Mahlvorgang
bekannt, dessen eine Komponente Calciumlignosulfat ist, das in Form einer wässrigen
Lösung zur Anwendung kommt, die Calciumlignosulfonat in einer Mischung mit Calciumacetat
und Triäthanolamin enthält.
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Es ist auch bekannt, das Mahlen des Zementklinkers auf spezifische
Flächen von 7000 cm2/g bis 1000 cm2/g nach Blaine durch eine Reihe von weiteren
VerbindunCen zu intensivieren, die einen positiven einfluß auch auf die Verarbeitung
des Zements (US-PS 3 689 294) ausüben. Manche Zusatze dieser Art zeien zwar bessere
Wirkungen, sie sind Jedoch teuer und schwer zugänglich.
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Die Nachteile des bekannten Standes der Technik werden durch das erfindungsgemäße
Zementgemisch und das Verfahren zu dessen Herstellung überwunden.
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Das Wesen der Erfindung bestent darin, daß das Zementgemisch
außer
gemahlenem Zementklinker, Füllmittel, Mischwasser und Stoffen auf Basis von Lignosulfonaten,
Salze der Lignosulfonsäuren enthält z.B. alkalische Lignosulfonate, Ammoniumlignosulfonat,
Lignosulfonat der Metalle von alkalischen Erden in einer Menge von 0,2 bis 4 % der
Klinkermasse, Alkalikarbonat in einer Menge von 0,01 bis 2 g Masse der Klinkermasse,
sowie Borsäure. Vorteilhaft ist die Zugabe eines gasbildenden oder schaumbildenden
Zusatzes z.B. von Aluminiumpulver in einer Menge von 0,01 bis 5% der Klinkermasse.
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Das Wesen des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemaßen Zementgemisches
beruht darin, daß der Klinker bei Anwesenheit der Salze von Lignosulfonsauren gemahlen
wird.
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Die Mahlzusätze werden beim ilahlen nach und nach dosiert.
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Das erfindungsgemäße Zementgemisch enthält keinen Gipsstein.
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Die Regelwirkung des Gips steines wird durch eine kombinierte Wirkung
des Mahlzusatzes ersetzt, der auch plastifizierende Wirkungen aufweist, zusammen
mit dem alkalischen Karbonat und gegebenenfalls der ergänzenden Wirkung von Borsäure.
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Hierdurch wird Gips stein in seiner Funktion im Zement durch einen
Zusatz des billifren Abfallproduktes ersetzbar. Das erfindungsgemäße Zementgemisch
eignet sich zur Verwendung im Bauwesen aufgrund seiner Beeinflussung der Hydratationsgeschwindigkeit
oder
genauer ausgedrückt, seiner geregelten Hydratation.
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Das erfindungsgemäße Zementgemisch bringt ein qualitativ neues Bindemittel,
dessen Eigenschaften vorteilhaft nach einem im voraus zewrthlten System der Regelzusätze
Dei Verarbeitung und Menge des Mahlzusatzes geändert werden können.
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So wird es möglich, Zement mit verschiedener IIahlfeinheit herzustellen
und diese in der Praxis zur gelenkten llydratation und zur Zubereitung von dichten
und porösen Materialien zu verwenden, wobei zur Beschleunigung des Aushärtens keine
wirtschaftlich aufwendigen Operationen erforderlich sind.
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Die pulverigen Lignosulfonate von Alkalimetallen, Ammonium-und Erdalkalimetallen,
angewendet als Mahlzusätze zur Zubereitung des erfindungsgemäßen Zementgemisches,
ermöglichen es, spezifische Oberflächen bis zu 1000 cm2/g zu erreichen (gemessen
nach Blaine). Beim Mahlen auf gewöhnliche Oberflächengrößen von 2000 zu 4000 cm2/g
erniedrigen sie den Verbrauch an Mahlenergie. Ihr flauntvorteil ist außer ihrer
leichten Zugänglichkeit vor allem ihr günstiger Einfluß auf die Verarbeitbarkeit
des Zementbreies bei der Anwendun des Zements. Ihr positiver Einfluß auf den Mahlvorgang
ist von Plastifizierungswirkungen bei cter Verarbeitung des Zements begleitet. Zusammen
mit weiteren Zusätzen anderer
Verbindungen ersetzen sie die Regeiwirkung
des Gipssteines, der bisner in Zementen zur Anwendung kam. Die Mengen der Zusätze,
welene die Funktion des Gipssteines im Zement ersetzen, werden insgesamt in den
meisten Fällen viel niedriger (z.B. 1,5% gegenüber 5% Gipsstein für normale Werte
für die spezifische Oberfläche von etwa 3000 cm2/g).
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Die Erfindung wird nachstehend an hand von Beispielen liner erläutert.
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Beispiel 1 Zementklinker ohne Gipsstein wird mit einem Zusatz von
1 % Natriumlignosulfonat auf eine spezifische Oberflache von etwa 3000 cm2/g (nach
Blaine) vermahlen. Im Anmachwasser (Verhälthis des Wassers zum Zement 0,25) wird
Kaliumcarbonat in einer Menge von 0,5 /Ó der Zementmasse gelöst. Zur Zubereitung
des Mörtels wird die notwendige Menge Füllmittel verwendet.
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Das Gemisch wird gut durengemischt, wobei der plastifizierende Zusatz
eine gute Verarbeitbarkeit ermöglicht. Der entstehende Zementstein weist eine analoge
Entwicklung der Festigkeiten wie der bestehende auf. Druckfestigkeit 2 2 i00 kp/cm
binnen 1 Tages; 500 bis 600 kp/cm binnen 28 Tage). Ein Vorteil ist die Senkung der
Mahlkosten und eine
wesentliche Verminderung der enge an regulierenden
Zusätzen (1 % Natriumlignosulfonat und 0,5% Kaliumcarbonat) gegenüber 5 % Gipsstein.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit einer leichten Herabsetzung des Wasser/Zement-Faktors,
was zu einer verminderten Porosität des Zementsteines führt. Diese Tatsache beeinflußt
in beträcntlichem Maße weitere technische Eigenschaften, wie z.B. die Festigkeit,
Undurchlässigkeit, Widerstandsfähigkeit, Haltoarkeit usw.
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Beispiel 2 Zementklinker ohne Gipsstein wird mit einen Zusatz von
2 % Natriumlignosulfonat auf eine spezifische Fläche von 7000 cm2/g (nach Blaine)
vermahlen. Im Anmachwasser mit einem Wasserkoeffizienten von 0,25 wird Natriumcarbonat
in einer enge von 1 % der Zementmasse gelöst. Der entstandene Zementbrei ist leicht
verarbeitbar und fängt nach 15 Minuten an hart zu werden. Das Abbinden beginnt nach
5 Minuten. Der sich bildende Zementstein weist ein schnelles Ansteigen der Druckfestigkeit
auf, (60 bis 80 kp/cm2 in 4 Stunden; 450 bis 500 kp/cm2 in einem Tag und 2 800 bis
903 kp/cm in 28 Tagen). Zum Erhalten des Zementbreies im verarbeitbaren Zustand
während eines längeren Zeitraums ist es möglich z.B. rr die Herstellung des Mörtels
oder des Zements die stabilisierende Wirkung der
Borsäure zu benützen.
Nach Beendigung inrer Einwirkung kommt es zum ursprünglichen Anwachsen der Festigkeit,
wobei andere Eigenschaften nicnt beeinflußt werden.
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Beispiel 3 In den nach Beispiel 2 zubereiteten Zementbrei wird als
gasbildendes Mittel ein Aluminiumpulver in einer Menge der von 1 % Zementmasse zugegeben.
Dank der erhöhten Reaktivität des Zements mit dem höheren Wert der spezifischen
Oberfläche ist es nicht nötig die Reaktion des Aluminiums bei Bildung des Wasserstoffes
hervorzurufen, das Gemisch lockert sich schnell und hartet kurz nach dem Lockern.
Ohne einen weiteren Eingriff in die Hydratation kann in kurzer Zeit Gasbeton gewonnen
werden, dessen mechanische Eigenschaften den bekannten Gasbetonen gleichwertig sind.
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BeisDiel 4 Das Mahlen des Zementklinkers ohne Mahlzusatz und mit Zugabe
von Natriumlignosulfonat wurde an einer Mahlvorrichtung durchgeführt, an der es
möglich ist, die Mahlenergie in Abhängigkeit von der Zeit des Mahlens und der spezifischen
Oberfläche zu bestimmen. Die erreichten Ergebnisse sind im Diagramm angeführt, in
dem die Abhängigkeit der Mahienergie in kWh/t gegen die Werte der spezifischen Oberfläche
in cm2/g aufgetragen ist. Von der spezifischen
Oberfläche von
etwa 2000 cm2/g ist die Herabsetzung der Mahlenergie auf die erforderliche Oberfläche
ersichtlich. Durch Anwendung der wirksamen Menge des Mahlzusatzes ist es möglich,
die Grenze des Mahlens zu verschieben. Die Kurve mit vollen Punkten entspricht dem
Mahlen ohne Zusätze die Kurve mit Punkten 1 bis 7 entspricht dem Manlen mit einer
fortschreitenden Dosierung des Manlzusatzes: 1. Zusatz 0,2 ,0 Natriumlignosulfonat
2. Zusatz von weiteren 0,2 ; Natriumlignosulfonat 3. Zusatz von weiteren 0,2 % Natriumlignosulfonat
4. Zusatz von weiteren 0,1 % Natriumlignosulfonat 5. Zusatz von weiteren 0,3 % Natriumlignosulfonat
6.7. Mahlen mit der Gesamtmenge von 1% Natriumlignofulfonat.
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Beispiel 5 Das Mahlen des Zementklinkers wurde in einer Labor-Kugelm
mit 10 kg Mahlgut und 1,5 % Mahlzusatz des Natriumlignosulfonats durchgeführt. Während
3 Stunden nach Mahlbeginn wurde eine spezifische Oberfläche von 8000 cm2/g erzielt.
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Durch Mahlen auf derselben Mühle wurde bei dem gleichen Einsatz des
Mahlgutes, ohne einen Mahlzusatz, eine spezifische Fläche von etwa 3500 cm2/g erreicht,
die durch weiteres Mahlen nicht vergrößert wurde und das Mahlgut auf die
Mahlkörper
anklebte.
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Das erfindungsgemäße Zementgemisch Kann anstatt der bisherigen Zementsorten
zur Herstellung von Breien, Mörtel und Betonen, sowie der dichten als auch der porösen,
der schweren und leichten angewendet werden. Die busammensetzung dieses Gemisches
ist sehr vorteilhaft für eine leichte Regelung des Hydratationsprozesses nach seiner
Anwendung in der Praxis, z.B. für die Erzeugung von rertigteilen, Betonierung bei
erniedrigten Temperaturen usw.
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L e e r s e i t e