DE2718236A1

DE2718236A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen hochkolloidierter wasser-zement-gemische

Info

Publication number: DE2718236A1
Application number: DE19772718236
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-23
Filing date: 1977-04-23
Publication date: 1978-11-02
Also published as: DE2718236C2; BE866285A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum
Herstellen hochkolloidierter Wasser-Zement-Gemische Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Herstellen hochkolloidierter Wasser-Zement-Gemische.
Die Wirkung erhöhter Mischgeschwindigkeiten bei der Herstellöung von Wasser-Zement-Gemischen in Richtung auf eine Verbesserung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften ist grundsätzlich bekannt.
Die Ursache für eine Erhöhung der Druck- und Biegezugfestigkeit des fertigen Produktes - des Zement steins bzw. des Betons - beruht darauf, daß die einzelnen Zementkörner infolge der geschwindigkeitsabhlngigen Weib- und Scherkrifte eine bessere leitzung erfahren und mit dem Wasser zum Ablauf der Hydratationsreaktionen in eine engere Berührung gelangen.
Ein maximaler Hydratatienseffekt ist jedoch bei den bekannten Verfahren nicht erreicht worden. Die Festigkeitserh8hung betrug beim Endprodukt lediglich ca.
20 Prozent gegenüber einem durch einen normalen Mischvorgang hergestellten Material. Dieses Ergebnis ist als Beweis dafür anzusehen, daß nicht angenähert eine vollständige Kolloidierung erreicht wurde, sondern lediglich ein verbessertes Durchmischen der beiden Stoffe Wasser und Zement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen hochkolloidierter Wasser-Zement-Gemische zu entwickeln, das mit konstruktiv einfachen Mitteln durchgeführt und mit dem ein für die Weiterverarbeitung hochwertiger Zementleim erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in einem Mischer Wasser und Zement in eimen Gewichtsverhältnis von 0,25 bis 0,6 während eines Zeitraumes von etwa 2 Minuten mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 m/min vorgemischt werden, dann das Wasser-Zement-Gemisch im gleichen oder einem zweiten Mischer so umgewälzt wird, daß die Zementkorner über einen Zeitraum von mindestens 8 Minuten einer Massenbeschleunigung von mindestens 2 g (g 1 9,81 m/sec²) ausgesetzt werden und die Mischung dadurch zu einem vollständig kolloidierten Zementleim umgewandelt und dieser Zement leim dann zum Fertigen von Bauteilen, zum teilweisen oder vollstAndigen Innen- und/oder Aussenbeschichten von Bauteilen oder zum Ausfüllen von Spalten verwendet wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der eigentlichen Kolloidierungsstufe eine Vormischung vorgeschaltet, bei der unter einer Geschwindigkeit von etwa 300 m/min die Komponenten Wasser und Zement in einen Suspensionszustand gebracht werden.
Zu den Bedingungen, die bei der Kolloidierung unbedingt eingehalten werden müssen, gehört ausserdem das richtige Mengenverhältnis von Wasser und Zement, das sich aus dem Sättigungsgrad ergibt, der eine vollständige Hydratation gewährleistet. Damit ist die untere und die obere Grenze des Wasserzusatzes festgelegt, und zwar durch einen Wasser-Zement-Faktor zwischen 0,25 bis 0,60 je nach chemischer und physikalischer Beschaffenheit der jeweils verwendeten Zementsorte. Eine zu geringe Menge Wasser würde zu einem Abfall der Festigkeitseigenschaften, wie Druck- und Biegezugfestigkeiten führen. Ein Uberschuß an Wasser infolge der Poren und des Zwischenschichtwassers würde zu einer gleichen Wirkung führen und ausserdem den Schwindungsprozeß ungünstig beeinflussen.
Werden die genannten Mischbedingungen in bezug auf die Geschwindigkeit, die Beschleunigung der Zementkörner, die Expositionszeit sowie den Wasser-Zement-Faktor eingehalten, so können die Druckfestigkeitswerte um 300 Prozent, die Biegezugfestigkeitswerte sogar um 400 Prozent gegenüber einem im normalen Mischprozeß gewonnenen Endprodukt gesteigert werden.
In der Praxis können bei völliger Kolloidierung unter Einhaltung der genannten Mengenverhältnisse Druckfestigkeiten von 2.000 kp/cm² und Biegezugfestigkeiten von 250 kp/cm² erreicht werden.
Der nach dem erfindun9sgemMßen Verfahren hergestellte Zementstein ist aufgrund seiner mechanischen und physikalischen Beschaffenheit zur Protektion von Bauteilen aus Stahl und Eisen, NE-Metallen und Kunststoffen in verschiedenster Weise geeignet. Infolge seiner hohen Druck- und Biegezugfestigkeit und gegen Null divergierenden Porosität und Schwindung besteht gleichermaßen eine Einsatzmöglichkeit für den OberflSchenschutz gegen chemische und mechanische Beanspruchung. Der kolloidale Zementleim findet daher Verwendung in der OberflSchenbehandlung von Stahlrohren, Gußrohren, Kunststoffrohren und allgemeinen Bauelementen aus diesen o.g. Werkstoffen. Wegen der hohen Resistenz des Zementleims gegenüber sauren und alkalischen Agenzien kann mit seiner Hilfe ein hochwirksamer Oberflächenschutz erzielt werden. Die passive Schutzwirkung ist deswegen von so hoher Effizienz, weil die aufgetragene Schicht praktisch frei von Poren, Rissen oder Schwindungshohlräumen ist.
Die bisher übliche Abschirmung von Oberflächen, s.B. von Guß- und Stahlrohren in der Trinkwasserversorgung, ist in ihrer Wirkung unvergleichlich schlechter, da bei konventionell hergestellen Auskleidungen Risse und Poren aufgrund der Schwindungsvorgänge und Verdampfungsproiesse des Poreenwassers unvermeidlich sind. Es ist zu berücksichtigen, daß der sogenannte aktive Korrosionsschutz des Zements nur im begrenzten Umfang gegeben ist.
Auch die Haftfähigkeit des nach dem erfindungagemaßen Verfahren hergestellten kolloidalen Zement leims bzw. Zementsteins ist wegen seiner Homogenität erheblich hoher als bei konventionell hergestellten Mbrtel.
Nach einer vorteilhaften Ausftihrungsform der Erfindung wird dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten vollständig kolleidiertei Zeientleim während oder direkt im Anschluß an das Auftragen auf ein Bauelement Armierungsstoffe bis zu 10 Gewichtsprozent beigegeben, die insbesondere die Biegezugfestigkeit um ein Mehrfaches steigern können. Dabei handelt es sich um anorganische oder organische Fasern, die gleichmäßig in dem gesamten Querschnitt eingebunden werden. Nach diesem Verfahren werden 2 Biegezufestigkeitswerte bis zu 600 kp/cm2 erzielt.
Die vorstehend beschriebenen Vorteile der Poren-und Rissefreiheit bleiben dabei voll erhalten, so daß auch die korrosionschemische Resistenz im armierten Zustand nicht vermindert wird.
Ein Ausführungsbeispiel des Mischers (KOIloidator) sowie Verarbeitungsbeispiele des kolloidierten Zementleims sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 den Mischer im Vertikalschnitt, Fig. 2 einen Rohrmantel im Schnitt, der mit einem im bekannten Mischverfahren hergestellten Zementmörtel beschichtet ist, Fig. 3 einen Rohrmantel im Schnitt, dessen Aussenschicht aus einem erfindungsgemäßen kolloidierten Zementmörtel besteht, Fig. 4 eine Glasfaser, die in einem nach den bekannten Mischverfahren hergestellten Zementmörtel eingebettet ist und Fig. S eine in einem kolloidierten erfindungsgemißen Zementmörtel eingelagerte Glasfaser.
Der Mischer für das Wasser-Zement-Gemisch weist einen Behälter 1 auf, in dem eine vertikale Welle 2 drehbar gelagert ist. Die Welle 2 wird über einen Elektromotor 3 und über ein Getriebe 4 angetrieben. Am unteren freien Ende der Welle 2 sind mindestens zwei einander diametral gegenüberliegende Mischflügel 5 beSstigt, die gegenüber der Horizontalen um fünf bis zehn Grad geneigt sind.
Diese Mischflügel werden in einem Abstand von einem Prallring 6 umschlossen, der konzentrisch zu den Mischflügeln angeordnet ist und eine Höhe von einhundert bis zweihundert Millimeter aufweisen kann.
Ober Konsolen 7 ist der Prallring am Boden 8 des Mischbehälters befestigt, wobei der untere Rand des Prallringes gegenüber dem Boden 8 in einem Abstand von maximal zweihundert Millimetern angeordnet ist. Hierdurch wird zwischen dem Prallring 6 und dem Boden 8 des Mischers ein Ringspalt 8 festgelegt, durch den das Mischgut während der Mischphase den Prallring im Sinne des äußeren Kreislaufes 10 umströmen kann. Der äußere Kreislauf 10 ist in der Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. Durch das Zusammenwirken der Mischflügel 5 mit dem Prallring 6 wird auch ein innerer Kreislauf 11 für das Mischgut erzwungen, so daß die Mischflügel auf ihrer gesamten Länge und Fläche wirksam werden können. Die geforderten Massenbeschleunigungen werden im gesamten Bereich der Mischflügel erzielt.
Die Füllhöhe des Behälters 1 bildet zum Durchmesser des Behälters ein Verhältnis, das den Wert 2 nicht überschreiten darf, da anderenfalls die vollständig synchrone Mischwirkung des Füllvolumens nicht erreicht werden kann und die Steuerbarkeit des Mischvorganges nicht gewährleistet ist.
Wegen der für die Kolloidierung zwingend genauen Einhaltung der Mengenverhältnisse Wasser und Zement und der Mischzeiten in der Vor- und Hauptstufe ist der Mischer mit Dosierungseinrichtungen einerseits und einem Zeitrelais anddererseits ausgestattet. Unter Vorwahl der gewünschten Füllmenge geht das Rohrwerk erst dann in Betrieb, wenn die Anteile an Zement und Wasser im richtigen Mengenverhältnis zueinander stehen.
Nach dem Einschalten läuft die Vor- und Hauptmischung innerhalb der vorgewählten ExposiffDnszeiten ab.
Nach der Hischung wird ein vollständig kolloidierter Zementleim aus dem Mischbehälter abgezogen, der nun für die Herstellung von Formkörpern, zum Innen- oder Aussenbeschichten von Bauelementen oder Bauteilen oder aber zum Schliessen von Spalten zum Zwecke einer Restabilisierung verwendet werden kann.
In den Fig. 2 und 3 sind die Unterschiede zwischen einer Rohrbeschichtung mit einem bekannten Zementmörtel und einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, vollständig kolloidierten Zementmörtel aufgezeigt.
In der Fig. 2 ist der Mantel12 eines Kunststoffrohres mit einer nach einem bekannten Mischverfahren hergestellten Zementmörtelschicht 13 versehen. Zwischen den einzelnen Zeientkörnern 14 sind Hohlräume 15 vorhanden, die vielgestaltig sein können und deren Ausbildung von vielen Zufälligkeiten abhängt.
In der Fig. 3 ist der Mantel 12 des Kunststoffrohres mit einer erfindungsgemäßen, vollständig kolloidierten Z-m nt8rtelschlcht 16 ausgerüstet. Zwischen den ein- zelnen Zementkdrnern 14 sind keine Zwischenräume vorhanden, so daß sich günstige Adähsionskräfte ergeben.
In der erfindungsgemäßen Zementmörtelschicht findet keine Verdampfung überschüssigen Porenwassers während des Abbindeprozesses oder im Anschluß daran unter Wärmebeeinflussung statt, so daß die Gefahr der Ablösung der Schutzsicht durch Verdampfen von Porenwasser beim Gegenstand der Erfindung nicht gegeben ist.
In der Fig. 4 ist eine Glasfaser 17 dargestellt, die von Zementkörnern 18 eines nach einem bekannten Verfahren gemischten Zementmörtels umgeben ist. Zwischen den einzelnen Zementkörnern sind Hohlräume vorhanden, die auch im Bereich der Glasfaser vorliegen.
Die hohen Fließeigenschaften des kolloidalen Zementleims führen zu einer vollständigen Benetzung der Fasern 17, wie dies in der Fig. 5 aufgezeigt ist. Die Fasern 17 werden also in ihrer gesamten Oberfläche in den Zement leim 19 eingebettet. Daraus resultiert ein absulut fehlstellenfreies Verbundsystem, das zu hohen Biegezugfestigkeitswerten führt.
In der Verbindung von kolloidiertem Zementleim und Faserstoffen bietet es sich an, auf diese Weise über den korrosionstechnischen Oberflächenschutz hinaus den Verbundwerkstoff für die Stabilisierung von Tragelementen, z.B. Kunststoffrohren, einzusetzen, also für Werkstoffe, die von sich aus unzureichende mechanische Eigenschaften besitzen. Selbstyerstlndlich besteht auch die Möglichkeit der Herstedllung kompletter Bausysteme ohne Tragerwerkstoff, wie z.B.
Platten oder Rohre.
Schließlich kann der Kolloidzement wegen seiner ausgezeichneten Kriecheigenschaften zur Verfüllung engster Spalte und daher für Restabilisierungszwecke auf den verschiedensten Gebieten zum Einsatz gelangen.
Nach dem bisher beschriebenen Verfahren werden die Komponenten Wasser und Zement vereskmischt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen Anteil des Zements durch einen mineralischen Stoff, insbesondere durch einen mineralischen Stoff mit latenten hydraulischen Eigenschaften oder ein Stoffgemisch zu ersetzen.
Sofern bis zu zehn Prozent des Zements durch einen derartigen mineralischen Stoff ersetzt werden, kann ein Endprodukt mit gleichen Festigkeitseigenschaften wie bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Gemisch erzielt werden. Die Herstellungskosten für dieses Endprodukt sind jedoch geringer.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen hochkolloidierter Wasser-Zement-Gemische Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen hochkolloidierter Wasserement-Gemische, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Mischer Wasser und Zement in einem Gewichtsverhältnis von 0,25 bis 0,6 während eines Zeitraumes von etwa zwei Minuten mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 m/min vorgemischt werden, dann das Wasser-Zement-Gemisch im gleichen oder in einem zweiten Mischer so umgewälzt wird, daß die Zementkdrner über einen Zeitraum von mindestens acht Minuten einer Massenbeschleunigung von mindestens 2g (g 1 9,81 w/sec²) ausgesetzgt werden und die Mischung dadurch zu einem vollständig kolloidierten Zementleim umgewandelt und dieser Zementleim dann zum Fertigen von Bauteilen, zu. teilweisen oder vollständigen Innen- und/oder Aussenbeschichten von Bauteilen oder zum Ausfüllen von Spalten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, B dem vollständig kolloidierten Zementleim Füllstoffe bzw. organische und/oder anorganische Fasern zum Zwecke der Armierung in Gewichtsanteilen bis zu zehn Prozent beigegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil des Zements durch einen mineralischen Stoff oder ein Stoffgemisch ersetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu zehn Prozent des Zements durch einen mineralischen Stoff mit latenten hydraulischen Eigenschaften oder ein Stoffgemisch ersetzt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgut im Mischer in einem inneren und einem äußeren Kreislauf umgewälzt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (1) mindestens einander diametral gegenüberliegende Mischflügel (5) aufweist und die Mischflügel innerhalb eines konzentrisch zu den Mischflügeln angeordneten Prallrings (6) vorgesehen sind, der in einem eine Umströmung des Prallrings ermöglichenden Abstand vom Boden (8) und von der Seitenwandung des Mischers festgelegt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Mischerboden (8) und dem Prallring (6) maximal zweihundert Millimeter beträgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallring (6) eine Höhe von einhundert bis zweihundert Mill-imetern aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischflügel des Kolloidators gegenüber der Horizontalen um fünf bis zehn Grad geneigt sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Füllhöhe zum Durchmesser des Mischers (1) maximal zwei ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer mit Dosierungseinrichtungen für die zu mischenden Komponenten und einem den Mischer nach der gewünschten Betriebsdauer abschaltenden Zeitrelais ausgerüstet ist.