DE3020384A1

DE3020384A1 - Verfahren zur herstellung eines bindemittels zur verwendung in dick- bzw. rohschlamm, moertel und beton

Info

Publication number: DE3020384A1
Application number: DE19803020384
Authority: DE
Inventors: Bengt Forss
Original assignee: Flowcon Oy
Current assignee: Flowcon Oy
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1980-12-11
Also published as: AR220055A1; RO84532A; NO801600L; DK234880A; NL8003179A; RO84532B; ES8103717A1; AT392637B; CH644573A5; NO150676C; DE3020384C2; IT8048830A0; PL224590A1; GB2051031A; BR8003407A; GB2051031B; MX154208A; AU537598B2; GR68405B; PL126493B1

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels zur Vervrendung in Dick- bzw. Rohschlamm, Mörtel und Beton.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels zur Verwendung in Schlamm, Mörtel oder Beton, mit einem niedrigen Wasser-Zement-Verhältnis. Dieses Verfahren weist folgende wesentliche Merkmale auf:

a) als Rohmaterial für das Bindemittel werden zumindest 50 Gew.% eines hydraulischen Materials, wie Schlacke, technischer Puz-

! zolanerden und/oder natürlicher Puzzolanerden verwendet; j b) zumindest ein Teil des hydraulischen Materials wird zu einer

spezifischen Oberfläche von zumindest 400 m /kg gemahlen, und c) dem Rohmaterial werden 0,1 bis 5 Gew.% zumindest eines Weich- ! machers, wie eines sulfonierten Polyelektrolyten zugegeben.

j Als zusätzlicher Bestandteil des Bindemittel-Rohmaterials können \ 0 bis 50 % von Materialien mit einem hohen Kalkgehalt, wie Port- '[ landklinker, gelöschter Kalk oder dergleichen verwendet werden.

I Im folgenden wird unter "Zement" ein Bindemittel im allgemeinen ;verstanden, welches somit nicht auf normalen Portlandzement bzw. j seine Abkömmlinge beschränkt ist.

' Andererseits bedeutet ein "niedriges" Wasser-Zement-Verhältnis 'ein Verhältnis von weniger als 0,4.

; Nachteile des derzeitigen Betons aus normalem Portlandzement sind j u.a. hohe Bindemittelkosten, hohe HydraifcTonswärme, geringe Dimeni sionsstabilität und schlechte Korrosionsfestigkeit des Betons. ; Der letztgenannte Nachteil beruht zum Teil auf der Tatsache, daß als Folge der Hydratisierung des Zements eine große Menge an ge- ι jlöschtem Kalk, Ca(OH)p, freigesetzt wird, der mit Wasser und j schwachen Säuren reagiert. Diese Menge kann fast ein Viertel der I Gesamtmenge an Bindemittel ausmachen, so daß der Beton in saurem iBoden gegen die korrodierende Wirkung der Säuren im Boden ge-

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schützt werden muß.

Die schlechte Korrosionsbeständigkeit des Betons resultiert teilweise aus seiner hohen Porosität, die wiederum von der großen Menge Wasser herrührt, welches zum Mischen verwendet wird, oder im Fall einer steifen oder trockenen Betonmischung von unzulänglicher Verdichtung. Die für eine vollständige Hydratisierung des Zements erforderliche Wassermenge beträgt etwa 25 Gew.% des Zements, wogegen in der Praxis beim Betonieren häufig mehr als das Doppelte dieser Menge Wassers verivendet wird. Außerdem kann bei Betonmischungen, die überschüssigen Zement enthalten, die hohe Hydratisierungswärme zu Spannungen und Rissen führen, was schlechte Korrosionsbeständigkeit zur Folge hat.

Die Beständigkeit des normalen Portlandzements gegenüber Sulfat ist auch schwach, was auf den hohen AIpO.,-Gehalt des Zements zurückgeht, so daß in sulfathaltiger Umgebung ein teuerer, sulfatbeständiger Spezialzement für Betonbauten verwendet werden muß.

Solange der derzeitige Zement in Verwendung ist, sind Bestrebungen im Gange, die oben geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten auszuschalten bzw. zu verringern, und zwar durch Zugabe von industriell erzeugten oder natürlichen hydraulischen Materialien zum Zement bzw. Beton, die weniger Kalk und Puzzolanerden enthalten, deren Kosten erheblich niedriger als die Kosten von Zement sind und deren Beständigkeit gegenüber Säuren und Sulfaten höher ist und deren Hydratisierungswärme niedriger ist als jene von normalem Zement. Eine extensivere Verwendung dieser Zusätze war hauptsächlich durch ihre langsamere Hydratisierung und Härtung bzw. Abbindung begrenzt, was eine schlechtere Anfangsfestigkeit, zur Folge hat und in Widerspruch zu den Zielen der modernen Fertig^eilherStellungsindustrie steht.

Der bedeutendste Zusatz zu Portlandzement ist Hochofenschlacke, die in Verbindung mit der Herstellung von Roheisen erzeugt wird. In den Industrieländern wird dieses Neben- bzw. Abfallprodukt in so großen Mengen erzeugt, daß es schwierig ist, eine Verwendungsmöglichkeit dafür zu finden. In manchen Ländern ist die Verwen-

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_ 5 —

dung von Schlacke üblich, doch ist; die verwendete Menge klein im Vergleich zu der Henge an verwendetem Zementklinker. Der g<" bräuchlichste Schlackengehalt in Schlackenaement beträft etwa bis 50 %.

Die hydraulischen Eigenschaften und die Reaktivität der Schlacke hängen hauptsächlich von der Basizität der Schlacke ab, d.h. vom Verhältnis der Menge an basischen Bestandteilen zur Menge an sauren Bestandteilen. Um die Reaktivität der Schlacke auszudrücken, wird oft der sogenannte F-Wert verwendet, vfie er in der folgenden Gleichung definiert ist:

CaO + CaS + 1/2 MgO + Al₅O₇ F-Wert = ^·

₂ + MnO

Ist der F-Wert > 1,9» so ist die Schlacke hochreaktiv, wogegen die Schlacke bei einem F-Wert von< 1,5 langsam reagierend und minderwertig ist. Die hydraulischen Eigenschaften der Schlacke sind auch abhängig vom Glasgehalt der Schlacke, der nämlich bei einer guten Schlacke mehr als 95 % betragen muß. Je höher der Al^O^-Gehalt der Schlacke ist, desto besser sind ihre Festigkeitseigenschaften, obwohl die Menge an A^O^-Hydratisierungsverbindungen nicht direkt die Festigkeit beeinflußt.

Die langsame Hydratisierung und das langsame Härten, was auf die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften der Schlacke zurückgeht, können durch Mahlen der Schlacke zu einer^ spezifischen Oberfläche beseitigt werden. Es wurde bemerkt, daß die Festigkeit von Schlackenzement als Funktion der spezifischen Oberfläche rasch ansteigt. Wegen ihres hohen Glasgehalts ist die Schlacke jedoch schwierig zu mahlen, und die zum Mahlen erforderliche Energie kann doppelt so hoch sein wie bei Zementklinker.

Eine Beschleunigung der Hydratisierung der Schlacke kann auch mittels verschiedener Beschleunigungsmittel erzielt werden, von denen die folgenden die bekanntesten sind: Zementklinker, verschiedene Sulfate, wie Anhydrit und Gips, gelöschter oder ungelöschter Kalk und Alkalien und alkalische Salze.

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Von diesen Beschleunigungsmitteln sind Zementklinker sowie Gips und Klinker zusammen die am häufigsten verwendeten.

Wegen ihrer langsamen Reaktionen finden Schlackenzemente hauptsächlich als sogenannte Zemente mit geringer Wärmeentwicklung für monolithische Betonkonstruktionen Anwendung, da das Rißrisiko verringert ist.

Die in Kraftwerken durch die Verbrennung von Brennstoffen, wie Kohle, Torf oder dergleichen erzeugte Flugasche wird auch als aktives Füllmaterial für Zement und Beton mit geringer Wärmeentwicklung verwendet. Flugasche ist üblicherweise ein hydraulischer Zusatz, der langsamer als Schlecke reagiert, was u.a. auf ihren geringen Kalkgehalt zurückzuführen ist. Ihre hydraulischen Eigenschaften werden üblicherweise durch die Zugabe von kalkhaltigen Komponenten, wie gelöschtem KrIk und Klinker, und durch Mahlen derselben zu einer höheren Feinheit verbessert. Abgesehen von den verwendeten Brennstoffen, hängen die Zusammensetzung und die hydraulischen Eigenschaften von Flugasche auch von den vorherrschenden Verbrennungsbedingungen ab. Die Feinheit der Flugasche kann von der Größenordnung der Zementfeinheit sein.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile auszuschalten und ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, aus Industrieneben- bzw. -abfallprodukten und aus natürlichen Puzzolanerden hochqualitative, rasch härtende Bindemittel herzustellen.

Die Erfindung beruht u.a. auf folgenden Erkenntnissen:

Es wurde festgestellt, daß neben der Anwendung höherer Feuchthaltungstemperaturen die Verwendung von Zusätzen bestimmter Art eine äußerst günstige Auswirkung auf die Hydratisierungsgeschwindigkeit der Schlacke hat, wodurch nicht so viel Klinker, 3 a in manchen Fällen überhaupt keiner benötigt wird.

Es ist bekannt, daß Hochofenschlacke langsamer reagiert als Klinker, daß aber die endgültige Festigkeit des auf beiden dieser

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Bindemittel "basierenden Betons gleich ist.

Beispielsweise gestattet die Zugabe von Alkalicarbonaten oder- -hydroxiden bei rasch reagierenden Zementen auch eine reichlichere Verwendung von Schlacke. Beispielsweise bei der Verwendung von Natriumcarbonat (NapCO,) dürfte die Wirkung auf einer Erhöhung des pH-Werts beruhen, wodurch die OH-Komponente die Schlak- ; ke aktiviert. Gleichzeitig fördert ein hoher pH-Wert zusammen mit einem reinen Lignonsulfat die Fließfähigkeit des Betons. Neben Natriumcarbonat können auch andere Alkalicarbonate (z.B. EpCO, und LipCO,) und andere Alkalisalze verwendet werden.

' Weiter wurde festgestellt, daß die Reaktionsgeschwindigkeit um ^: so höher ist, je höher die Basizität der Schlacke ist und je feiner diese vermählen ist.

¹ Es ist bekannt, daß es nicht der Mühe wert ist, Zementklinker _; über eine gewisse Grenze hinaus zu mahlen, da eine zusätzliche ■ Feinheit die Abbinde- und Festigkeitseigenschaften kaum verbes-I sert. Im Gegenteil, lohnend ist es, die Schlacke auf eine spezi- : fische Oberfläche von z.B. 400 bis 800 m /kg zu mahlen.

! Somit beginnt Schlacke gleichermaßen wie Zement zu reagieren, I wenn etwas Alkalisalz zugegeben wird, welches als Aktivator funi giert.

Es ist auch bekannt, daß die Reaktion schneller vor sich geht, wenn die Härtungstemperatur auf z.B. M-O bis 90⁰C erhöht wird.

' Es wurde weiter festgestellt, daß sich die Basizität auf die I Schlacke günstig auswirkt, wenn letztere zu einem ausreichenden

j Wert der spezifischen Oberfläche vermählen ist (>400 m /kg). :

Es ist möglich, an sich bekannte Mahlhilfsmittel (Ligninsulfonat : oder dergleichen) zu verwenden, die ein Feinzermahlen der Schlak-

! ke ermöglichen und zusätzlich als Fließmittel später im Beton i fungieren können.

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Brfindungfigemäß ist es somit mörtlic¹-, Schlacke z\x verwenden, wenn sie genügend fein zerriahlen ist und wenn alkalihaltige Becehleunigungsmittel verwendet werden. Unter diesen Umständen wirkt die Schlacke überraschenderweise als Schnellhärttingsbinderaittel im Beton.

Die Hydratisierung von Schlacke und Puzzolanorden kann durch den Einsatz von Weichmachern, wie Ligninsufonaten oder sulfonierten Ligninen oder anderen sulfonierten Polyelektrolyten wesentlich. verbessert werden, wodurch das Wasser-Zement-Yerliältnis des Betons erheblich gesenkt xferden kann. Durch die Zugabe verschiedener Beschleuniger, wie Alkalihydroxide und/oder Alkalicarbonate oder anderer Alkalisalse, ist es auch möglich, Bindemittel mit hohen Schlackengehalten bei rasch härtenden Zementen zu verwenden. Diese günstige Wirkung beruht wahrscheinlich auf dem höheren pH-Wert, wobei die Schlacke bzw. Puzzolanerde zur selben Zeit aktiviert wird, als die Wirkung des Weichmachers intensiviert wird.

Es wurde weiter noch gefunden, daß die Auswirkung des Alkaligehalts umso günstiger ist, ge langsamer das hydraulische Bindemittel von Natur aus reagiert, und daß diese Wirkung um so stärker ist, je feiner das Bindemittel zermahlen wurde. So setzt die Reaktion der Schlacke auf die gleiche Weise wie bei Zement ein, wenn etwas Alkalicarbonat und/oder -hydroxid zugegeben wird, die als Aktivatoren wirken.

Angesichts der obigen Ausführungen kann gesagt werden, daß das plastifizierende Mittel (z.B. Ligninsulfonat) und der Aktivator (z.B. NaOH und/oder FapCO-) zusammen als sehr starke plastifizierende Kombination wirken.

Beim Mahlen kann man an sich bekannte Vermahlungshilfsmittel zugeben, sowie Beimischungen, die die Fließfähigkeit des pulverisierten Bindemittels oder Eigenschaften des daraus hergestellten Betons verbessern (z.B. Mittel zum Austreiben von Luft oder dergleichen).

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Genauer gesagt ist das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß in das Rohmaterial als Abbinde-. und Härtungsregulator insgesamt 0,5 "bis 8 Gew.% von zumindest i einem Alkalihydroxid und/oder zumindest einem Alkalisalz, wie i Alkalicarbonat, zugegeben werden.

j Erfindungsgemäß können die Zusätze oder ein Teil davon während

: des Mahlens oder danach zugegeben werden.

Erfindungsgemäß können die Bindemittelkomponenten so aufgeteilt : werden, daß das Verhältnis der Gesamtmenge an Erdalkalimetallen ' zur Menge an Siliziumdioxid im Bindemittel 1,1 bis 1,6, vorzugs- ; weise 1,2 bis 1,4 beträgt.

;Erfindungsgemäß ist es auch möglich, Schlacke und Puzzolanmaterialien für die Herstellung von rasch härtendem Beton zu verwenden, ,wenn zusätzlich zum fließfähigkeitsfordernden Mittel stark alka- !lische Zusätze (z.B. NapCO-,, NaOH oder dergleichen) eingesetzt j werden.

;Die Fließfähigmachung ist ein bedeutender Faktor, damit die Ver-'wendung der Kombination eines Alkalisalzes (z.B. Na₀OO.,) und ei- ^!nes Alkalihydroxids (a.B. NaOH) möglich wird. In kleinen Mengen

!zugegeben, verkürzen diese Materialien die Abbindezeit erheblich. '. Dabei beschleunigt der hohe pH-Wert die Plastifizierung und trägt ,in Kombination mit einem sulfonierten Polyelektrolyt (z.B. Lig- ^ninsulfonat oder sulfoniertes Lignin oder andere) auch zur Erhöhung der Hydratisierungsgeschwindigkeit-bei. Das NaOII hingegen !wirkt sich entscheidend auf die Verkürzung der Abbinde- und Häritungszeit aus, beeinflußt aber auch zu einem gewissen Grad die ;Plastifizierung.

; Gemäß der Erfindung wird folgendes zifm Mischbinder zugegeben: iO,1 bis 5 % von zumindest einem sulfonierten Polyelektrolyt oder j dergleichen und

^!0,5 bis 8 % (als Gesamtmenge) von zumindest einem Alkalihydroxid '■ und/oder zumindest einem Alkalisalz,' wie Alkalicarbonat.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert.

Gemäß dem Verfahren werden Schlacke und/oder andere Puzzolansubstanzen mittels 0,1 bis 5 % Alkaliligninsulfonat oder sulfoniertes Kraftlignin, gegebenenfalls zusammen mit anderen sulfonierten Polyelektrolyten, wie Kondensationsprodukten von Formaldehyd-Melamin, Formaldehyd-Naphtalin oder dergleichen, zu einer Fein-

■ hext von 400 bis 800 m /kg gemahlen.

Während des Mahlens ist es möglich, gleichzeitig andere Substan- _; zen zuzugeben, welche den Mahlvorgang, die Handhabungseigenschaften des Bindemittels bzw. die Eigenschaften des aus dem Bindemittel erzeugten Betons verbessern, wie das Fließen des Bindemittelpulvers fördernde Substanzen, Beschleunigungsmittel oder Verzögerungsmittel, Mittel zum Ausscheiden von Luft oder dergleichen.

Es ist zu bemerken, daß das Alkalihydroxid und/oder Alkalisalz im Rahmen der Erfindung nicht in Verbindung mit dem Mahlvorgang zugegeben werden muß, sondern es kann auch separat in das Bindemittel gemischt werden oder im Zuge des Einmischens in den Beton.

Alkali-Ligninsulfonate oder sulfonierte Alkalilignine haben eine gUnstige Wirkung auf die Mahleigenschaften der Schlacke.

Als Einstellmittel für das Abbinden und Härten des Bindemittels ist es möglich Alkalibicarbonate, Alkalicarbonat^,-hydroxide und verschiedene Alkalisalze zu verwenden. Diese können im Zuge des Mahlens oder zu einem späteren Zeitpunkt zugegeben werden.

Ist es wünschenswert, Klinker zum Bindemittel bzw. zum Beton zuzugeben, sollte der Klinker vorzugsweise unter Verwendung derselben Zumischungen separat gemahlen werden.

Aufgrund der gemeinsamen Wirkung des Feinmahlens sowie der Verwendung von Vermahlungshilfsmitteln und eines Mittels zum Einstellen der Hydratisierungsgeschwindigkeit ist es möglich, aus Schlacke und/oder anderen Puzzolanerden, insbesondere mittels

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Wärmeaushärtung einen rasch härtenden, die] ι ten und korrosionsfesten Beton zu erhalten, in dom der Anteil an Zementklinker
sehr klein oder nicht-existent int (z.B. 20 bis 0 '/>).

Beispiel 1

Es wurde ein Versuch an Beton durchgeführt, dessen größte Teil-

chengröße 12 ram betrug und der 400 kg Bindemittel pro m Beton enthielt. Eine Wärmeaushärtung erfolgte bei 70"G (7 h) bis zur Druckprobe mit Würfeln von 10 cm Seitenlänge. Tributylphospäjit wurde zum Ausscheiden von Luft verwendet.

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Tabelle 1

Z ementk1i nk e r	Feinheit in²/kg	Schlacke	Feinheit (m2/kg)	Zusatzstoffe	Beschieu-	Wasser-	Konsistenz	Druckf estig- keit (M/m* )	2U h
Menge	552	Menge (Jt)	500	LigninsuUbnat	2,0(Na₂CO₃)	Z ement- Verhält- nis	(VB)	9 h	35,0
50	552	50	. ßOO	2	1,3(NaHCO₃)	0,3U	1	31,0	35,1
50	552	50	500	1,3	1,6(KHCO )	0,Ui	2	29,5	Ui₁O
ζ 50	552	50	6oo	1,1	1,8(Na₂CO₃)	0,38	3	33,3	U5,1
S r» 50	552	50	6oo	1,8	1,3(Na₂CO₃)	0,36	1 .	Ua,o	U6,9
*» 20	552	80	700	1,3 .	1,1(Na₂CO₃)	0,35	3	U1,2	51,0
2 ίο		90	700	1,1	1,8(Na₂CO₃)	0,32	1	UU,9	37,0
IsJ 0	100		0,37	3	30,U

O N) O CO OO

Beispiel 2

Wirkung des Beschleunigers auf die Erhärtung eines Bindemittels auf Schlackenbasis.

Die spezifische Oberfläche der Schlacke betrug 600 m /kg, das Verhältnis von Bindemittel zu Standard-Sand 1:3, das Wasser-Zement-Verhältnis 0,35, die Temperatur des Mörtels 5O⁰C. Die Erhärtung erfolgte in einer WärmekaTnmer bei 50⁰G (4 h) und danach bei 20⁰G bis zur Pressung.

Tabelle 2

Druckfestigkeit ΜϊΤ/m

Test- Beschleuniger 1 Tag 3 Tage 28 Tage

1 0,8 % NaHCO₅ 0,4 1,2 17,0

2 1 % Na₂CO₅ 20,6 26,5 51,1 ! 3 1 % Na₂CO₅ + 0,1 °/o HaOH 24,3 29,9 34,1 '. 4 1 % Na₂CO₅ + 0,25 % NaOH 28,5 52,9 56,0

5 1 % Na₂CO₅ + 1 % NaOH 38,7 45,2 51,0

^: Als fließfähigkeitsforderndes Mittel wurde 0,5 % Ligninsulfonat und als Mittel zum Ausscheiden von Luft wurde 0,1 ml Tributylphosphat zugegeben.

^: Gemäß den US-PSs 3 960 582, 3 959 004 und 4 032 251 wird die Verwendung von NaHCO₅ und von anderen Bicarbonaten neben fließfähigkeitsf ordernden Mittel empfohlen, um einen frei fließenden Beton zu erhalten.

, Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Verwendung von Bicarbona- ^: ten in Bindemittelmischungen, die viel Schlacke und Puzzolaner-, den enthalten, wegen ihres niedrigen pH-Wertes (siehe Beispiel 1) nicht vorteilhaft ist. Der Einsatz von Bicarbonaten führt zu einem äußerst langsam abbindenden und härtenden Beton, dessen : Hydratisierung nicht ausreichend beschleunigt werden kann, nicht , einmal mittels Wärmeaushärtung.

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Beispiel 3

Als Bindemittel wurde Schlacken/K"¹ j^kerzement 70/30 verwendet,

wobei die spezifische Oberfläche beider Komponenten 500 m /kg betrug. Die Bindemittelmenge betrug 400 kg pro m-⁵ Beton.

Tabelle 3

Lignin- Beschleuniger Wasser/Zement Festigkeit (MTT/m ) sulfonat Verhältnis 9h 24 h 7 Tage

-1,5 1,6 # Fa₂CO₃ 0,387

1,5 1,3 % ITaHCO₇ 0,415

1,5 1,5% KHCO₃ 0,387

1,5 2,1 % K₂CO₅ 0,385

Zum Beton wurde 0,1 % Tributylphosphat (TBP) zugegeben, und die Wärmeaushärtung fand bei 70⁰C statt.

Beispiel 4

Wird Schlacke allein als Bindemittel verwendet, tritt die Wirkung des Alkali sowohl auf die Fließfähigkeit als auch auf die Entwicklung der Festigkeit noch klarer he rvor, was aus der folgenden Tabelle 4 ersichtlich ist.

-r \ Schlacke Als Bindemittel wurde 400 kg/m"' einerVmit einer spezifischen

Oberfläche von 470 m /kg verwendet. Das Mittel zum Ausscheiden von Luft war TBP (0,1 %). Der Beton wurde bei 70⁰C ausgehärtet.

33	38	42
30	35	39
23	26	34
27	32	34

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Tabelle 4

O O αϊ ο

00

Menge an Ligninsulfonat Verflüssiger	Beschleuniger
1,5	Na₀GO,
1,5	NaHGO,
1,5	NaOH
1,5	NaOH
1,5	ITaOH
1,5	NaOH
2,0	NaOH + Na₀GO,

Menge an Wasser/ Slumptest Festigkeit (MN/m )
Beschleuniger Zement- (cm)

(%) Verhältnis 6 h 9 h 3 Tage 7 Tage

3,0	0,38
2,4	0,40
1,0	0,365
2,0	0,325
3,0	0,335
6,0	0,335
3,5 + 1,5	0,32

6	18	20	26	28
9	0,7	6	9	13
23	13	14	15	18
20	19	21	29	30
19	29	33	34	35
18	33	35	38	40
20	32	34	37	39

Je nach Betonierbedingungen und den Anforderungen, die an die Betonmischung bzw. an den. erhärteten Beton gestellt werden, ist es möglich, verschiedene Kombinationen von Beschleunigern zu verwenden, um das Ziel auf optimal wirtschaftliche V/eise su erreichen.

Es ist auch bekannt, daß ein fester und haltbarer Beton erhalten wird, wenn beim Mischen des Botonr. ein Minimum an V/aaser und ein Bindemittel, welches nicht unnötig v" el Kalk enthält, verwendet wird.

Bei Portlandzementklinker wird ein hoher Kalksättigungsgrad angewendet, um die Hydratisierungsreaktionen zu beschleunigen. Wird die Hydratisierung mittels wn'rme, einem niedrigen Wasser-Zement-Verhältnis und verschiedener Beschleuniger beschleunigt, ist ein hoher Kalksättigungsgrad eher schädlich als nützlich. Bei normalem Beton, hält das freiwerdende Ca(OH),., einen hohen pH-Wert aufrecht, der die Bewehrung vor Rost schützt. Bei dichtem, wenig porösem Beton ist das nicht notwendig, und die Gesamtmenge an Erdalkalioxiden muß entsprechend dem SiO^-G-ehalt des Bindemittels einstellt werden. Liegt dieses Verhältnis bei etwa 1,2 bis 1,5» werden Festigkeiten auch mit hydraulischen, als minderwertig erachteten Bindemitteln, wie Schlacke und Flugasche, unter Anwendung von Wärmehärtung erzielt, welche denen entsprechen, die mit den besten Zementen erhalten werden.

Beispiel 5

Flugasche allein liefert keine zufriedenstellende Festigkeit, auch wenn sie mit einer Base aktiviert wird, ebenso wie eine Mischung aus Schlacke und Flugasche bei einem Verhältnis von 2:1. Wird die Menge an Flugasche auf 10 % reduziert, wird das obige Molverhältnis erzielt, was auch aus d.er Entwicklung der Festigkeit in der folgenden Tabelle 5 ersichtlich ist. TJm dieses Molverhältnis zu erzielen, bedarf es einer etwa ΊΌ %igen Kalkzugabe zur Schiacken/F'lugaschen-Mischung von 2:1, wodurch die Festigkeit merklich verbessert wird. Bei einer größeren Kalkzugabe nimmt die Festigkeit wieder ab.

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	Bindemittel	S PFA	23 /ο	PFA	Lignin- sulfonat (%)	Tabelle 5
	100 °/,	S,	10 %	PFA	2,0	Beschleuniger (% ITaOH)
	Γ Π O/ ο/ /ο	S,	30 ^o % SL	PFA,	1,5	3,0
	90 %	10	27 % % SL	PFA,	0,8	3,0
	60 %	S, 20	2,3 fS % Sl	PFA,	1,5	2,0
030	53 %	S, 30			1,5	3,0
050	47 #		1,5	3,0
80/		3,0

Slumptest Festigkeit (MIT/rn²) Zement- (cm;

h 9 h. 3 Tage 7 Tage

4 9 15

0,1 0,2 2,0 5,0

27 32 37

52 57 60

o<; ~zh_ τ^π h r\

26 ^2 -S

verhältnis	21
0,305	20
0,310	16
0,310	17
0,315	O
0,34-5
0,360

In dieser Tabelle bedeutet PIi¹A Flunasche, S Schlacke und iSL gelöschter Kalk. Die Binclemittelmenpje betrug 400 kg/m"'. Als Mittel zum Ausscheiden von Luft wurde 0,1 % Tributylphosphat und als Verzögerer 0,OS % ITa-Gluconat zugegeben. Die Härtunnstemperatur war 70⁰C.

Im folgenden Beispiel 6 werden die Ergebnisse eines umfassenden Testes aufgezeigt:

Beispiel 6

Konsistenz: Das Wasser-Zement-Verhältnis des durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Betons liegt üblicherweise etwa 25 bis 40 % unter dem entsprechenden Verhältnis von OPC (Ordinary Portland Cement - normaler Portlandzement). Trotzdem ist die

: Bearbeitbarkeit des neuen Betons besser als die Bearbeitbarkeit

. von normalem OPC-Beton.

Durch die Vervrendung einer Schlackenmenge von 400 kg pro mr Beton veränderte sich die als Slumptest in cm gemessene Konsis- ! tenz des Betons als Funktion des Wasser-Zement-Verhältnisses in ; einem umfassen Test, der in einer Fertigteilfabrik durchgeführt wurde, wie aus der folgenden Tabelle 6 ersichtlich.

Tabelle 6

Wasser-Zement- 0,38 0,05 0,33 0,30 0,38 0,273 Verhältnis

Slumptest (cm) 25 23,5 21 18 12 2

Als der Betonmischer nicht ausreichend vom OPC-Beton gereinigt war, wurden die folgenden Ergebnisse (Tabelle 7) erhalten, was ! zeigt, daß OPC nicht mit dem neuen Beton gemischt werden soll.

. Tabelle 7

! Wasser-Zement- 0,35 0,34 0,325 Verhältnis

I Slumptest (cm) 22 .22 12

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QRfGlNAL" iNSPECTED

"Schockhärtung" des neuen Betons: In einer Fabrik wurde ein Bodenelement unter Verwendung eines 20 /feigen Betons mit 340 kg/m-^ Schlacke und einem Wasser-Zement-Verhältnis von 0,41 gegossen.

Nach einer Vorlagerung von 30 Hinuten wurde das Element in einen Infrarotofen eingebracht. Die Entwicklung der Festigkeit wurde durch Zusammendrücken von 15 cm Würfeln, die entsprechend ^lagert wurden, festgestellt. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten (Tabelle 8):

Tabelle 8

Härtungs- 0,5 1,5 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 zeit (h)

Durchschnittstemperatur der

Luft (⁰C) 31 58 66,5 66 67 67,5 68,5 68,5 Reife (h°C) 15,5 60,5 125,0 158,5 191,8 225,8 259,8 293,8 Druck-

*f* P* c* *t~ π c*Tf ρ* ι "f"*

(MN/m*) 21,5 24,5 26,0 30,0 34,6 36,5

Wie sich zeigt, ging die Festigkeitserhöhung rasch vor sich, und es konnten keine Risse im Element beobachtet werden.

Es sollte bemerkt werden, daß es für das erfindungsgemäße Verfahren nicht kritisch ist, wie die OH-Gruppe und das Alkalicarbonat in das Bindemittel eingebracht werden. Das kann auch über eine chemische Reaktion erfolgen, nämlich gemäß der folgenden Formel:

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ ^ CaCO₃ + 2NaOH (1).

Dementsprechend kann das Alkalicarbonat durch Zugabe einer ausreichenden Menge davon eingebracht werden, wobei eine Reaktion z.B. gemäß der folgenden Formel stattfindet:

3 Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ ^ CaCo₃ + 2NaOH + 2 Na₃CO₃ (2).

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Flowcon Oy
Painontie 25,

37 630 Valkeakoski 3, Finnland

Patentansprüche

\Λ) Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels zur Verwendung in Dick- bzw. Rohschlamm, Mörtel oder Beton, mit einem niedrigen Wasser-Zement-Verhältnis, bei dem

zumindest 50 Gew.% eines hydraulischen Materials, wie Schlacke, technische Puzzolsnerden und/oder natürliche Puzzolanerden, als Rohmaterial flir das Bindemittel verwendet wird, zumindest ein Teil des hydraulischen Materials zu einer spezi-

fischen Oberfläche von zumindest 400 m /kg gemahlen wird, und 0,1 bis 5 Gew.% zumindest eines Plastifizieren, wie eines sulfonierten Polyelektrolyten, zum Rohmaterial zugegeben wird dadurch gekennzeichnet,

daß als Abbindungs- und Erhärtungsregulator in das Rohmaterial insgesamt 0,5 bis 8 Gew.% von zumindest einem Alkalihydroxid und/oder zumindest einem Alkalisalz, wie Alkalicarbonat, zugegeben werden.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Regulator NapC0₇ verwendet.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Regulator NaOH verwendet.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Regulator eine Kombination von HapCO^ und NaOH verwendet.

030060/0812

ORIGINAL INSPECTED
5) Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an zugegebenem ITapCO, 0,5 "bis 3 Gew./ό und die Menge an zugegebenem ITaOH 0,5 "bis 3 G-ew.% beträgt.
6) Verfahren nach Anspruch 3? dadurch gekennr.nich.net, daß die Menge an zugegebenem NaOH etwa 1 bis 4- Gew.% beträgt.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn-

' zeichnet, daß man zumindest einen Teil der Zusatzstoffe im Zuge des Mahlens zugibt.
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7? dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest einen Teil der Zusatzstoffe nach dem Mahlen zugibt.
9) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Alkalihydroxid mittels einer chemischen Reaktion zwischen einem Alkalicarbonat und einem anderen löslichen Hydroxid erfolgt.

Ö30050/0812 ,BADtORIGINAL