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Gegenstand der Erfindung ist ein Zement bzw. Zementbeton auf Basis von 11 CaO. 7 AlOg. CaX enthaltendem Klinker, wobei X für Halogen steht, und gegebenenfalls mit Anhydrit- oder Dihydratgips-Gehalt, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Der Zement bzw. Zementbeton ist dadurch gekennzeichnet, dass in ihm zur Verminderung von Störungen bei der Erhärtung und Festigkeitsentwicklung mindestens ein die Calciumionenkon- zentration in der flüssigen Phase herabsetzender bzw.
Calciumionen bindender Zusatzstoff aus der Gruppe natürliche und/oder künstliche Puzzolane, wie gemahlene vulkanische Aschen, gemahlene Tuffgesteine, Trass, Molererde, Gaize, Kieselgur, Santorinerde, Diatomeenerde, Tripel, gebrannter zerkleinerter Ton, gebrannter zerkleinerter Schiefer, Ölschieferabbrandrückstände, Flugasche und/oder aus der Gruppe der, gegebenenfalls feinkörnigen, Hochofenschlacken, und gegebenenfalls aus der Gruppe NaF, MgSiFg, Wasserglaslösung, Wasserglas, NaOH, Flusssäure, Carbonate, Bicarbonate, Silikofluoride, Aluminate, Aluminosulfate, Borate, Chloride, Phosphate oder Nitrate des Natriums oder Kaliums, enthalten ist.
Aus verschiedenen Druckschriften ist die Zugabe von einzelnen oder mehreren Vertretern der oben genannten Gruppen von Zusatzstoffen bekannt. Allerdings sei darauf hingewiesen, dass diese Stoffe nur als Zugaben, welchedie Abbindebeschleunigung oder z. B. die Erhöhung der Wasserbaufestigkeit von üblichen Portlandzemen- ten oder z. B. Tonerdezementen hervorrufen, eingesetzt wurden. Zemente bzw. Zementbeton auf Basis von 11 CaO. 7 AlOg. CaX enthaltenden Klinkern (X steht für Halogen) werden nicht in diesen Druckschriften erwähnt.
Bekannt ist auch der Vorschlag, einen Zement einzusetzen, der 11 CaO. 7 Alzo. CaX2 enthält, wobei X für Halogen steht, und der neben dieser Komponente gegebenenfalls Zementbestandteile üblicher Zusammensetzung und gegebenenfalls Calciumsulfat, z. B. Gips, enthält.
Bei diesen Zementen zeigten sich nun im Gegensatz zu den Abbindeverhältnissen bei üblichen Portlandzementen, also Zementen, die keinen Gehalt an 11 CaO. 7 AlOg. CaX aufwiesen, überraschender-und unerwarteterweise häufig Störungen bei der Erhärtung und Festigkeitsentwicklung. Die Zemente erstarren zwar immer wie gewünscht maximal in 10 bis 15 min, die Festigkeitsentwicklung kommt jedoch dann häufig abrupt zum Stillstand, so dass mit solchen Zementen hergestellte Prüfkörper bzw. gleichermassen auch Bauteile sich häufig erst nach einigen Tagen entformen lassen und auch nach 28 Tagen in ihrer Festigkeitsentwicklung weit hinter den Zementen üblicher Zusammensetzung zurückbleiben.
Diese Störungen treten völlig regellos und unvorhersehbar auf, so dass eine zielsichere Herstellung eines Betons mit 11 CaO. 7 AlOg. CaX enthaltenden Zement nicht möglich ist. Von besonderer Bedeutung ist ferner, dass die Raumbeständigkeit dieser schlecht erhärtenden 11 CaO. 7 Al20 s. CaX2 enthaltenden Zemente meist ausserordentlich unbefriedigend ist. Mortelprismen gemäss ÖNORM B 3310 (W/Z = 0,60) mit diesem Zement weisen oft bereits nach einigen Tagen Wasserlagerung starke Risse auf bzw. sind vollständig zerfallen. Es zeigte sich weiters, dass diese bei der Erhärtung auftretenden Störungen noch häufiger und ausgeprägter bei 11 CaO. 7 AlOg.
CaX enthaltenden Klinkern waren, die gleichzeitig etwas schwächer gebrannt waren, d. h. etwas mehr ungebundenes Calciumoxyd enthielten. Auch wurde das Auftreten der Störungen und Unregelmässigkeiten im Abbindeverhalten verstärkt durch Verwendung von Dihydratgips oder Halbhydratgips statt Anhydrit bzw. durch Verwendung von dihydrat- oder halbhydratreichen Gemengen aus Dihydrat-, Halbhydrat- und Anhydritgips. Es muss weiters bemerkt werden, dass die Störungen beim Überschreiten eines maximalen Wertes für die Zusatzmenge des Calciumsulfates, z. B.
Gips, Halbhydrat- oder Anhydritgips, schlagartig auftreten. Dieser maximale Wert schwankt jedoch je nach den Versuchsbedingungen und lässt sich nicht vorhersagen. Er liegt in der Regel unterhalb jener Zusatzmenge, die aus Festigkeitsgründen wünschenwert ware. Allgemein wird nämlich die Festigkeitsentwicklung, insbesondere nach Ablauf der ersten Stunden der Erhärtung, rascher, je höher die Zusatzmenge von Calciumsulfat gewählt ist, sofern nicht die bereits erwähnten Erhärtungsstörungen auftreten. Auch die Klinkerbeschaffenheit selbst hat einen Einfluss auf das Auftreten der Störungen. Es soll nochmals hervorgehoben werden, dass derartige Störungen des Erhärtungsverlaufes bei Zementen üblicher Zusammensetzung, d. h. Zementen, die keinen Gehalt an 11 CaO. 7 Al2Og.
CaX2 aufweisen, bisher nicht beobachtet wurden, und dass bei Versuchen mit Zementen üblicher Zusammensetzung die oben beschriebenen Störungen infolge von Unterschieden in der Beschaffenheit des eingesetzten Calciumsulfates bzw. Klinkers oder des Gehaltes des Klinkers an freiem CaO bzw. seines Brenngrades auch nicht festgestellt werden konnten. Darüber hinaus haben sich die genannten Zusatzstoffe beim bisher nur bei Zementen üblicher Zusammensetzung erfolgten Einsatz normalerweise immer verkürzend und viel seltener verlängernd, auf die Erstarrungszeit ausgewirkt.
Einezielstrebige VerringerungvonStörungenimErhärtungsverlaufwar bei den bisher üblichen,"klassischen" Zementen auch nicht notwendig und musste daher auch gar nicht angestrebt werden.
Es wird erfindungsgemäss primär also nicht die Regelung des Abbindens der Zemente im Sinne einer Beschleunigung angestrebt, vielmehr geht die Erfindung davon aus, dass ein von vornherein als rasch abbindend bekannter,"nicht klassischer"Zement mit in seltenen Fällen zwar ausgezeichneten, viel häufiger jedoch unregelmässigen und gestörten Erhärtungseigenschaften schon vorliegt. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, bestand darin, Massnahmen aufzufinden, die es ermöglichen, auf einerseits einfache und andererseits ökonomisch und im Sinne einer grosstechnischen Herstellung vertretbare Weise einen 11 CaO. 7 AlOg.
CaX enthaltenden Zement zu entwickeln und zu prozudieren, der von der Beschaffenheit des zum Einsatz kommen-
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den Klinkers bzw. des zugesetzten Calciumsulfates und von Schwankungen in den Herstellungsbedingungen unabhängig immer gleichbleibende Qualität aufweist und zur Herstellung von rasch und insbesondere regelmässig und reproduzierbar abbindenden bzw. erhärtenden Betonen geeignet ist.
Bei Verfolgung der Lösung dieser Aufgabe, die also nicht vornehmlich darin bestand, Massnahmen zur Abbindebeschleunigung von 11 CaO. 7 Al. CaX enthaltenden Zementen aufzufinden, wurde nun gefunden, dass die oben im einzelnen genannten Zusatzstoffe die oben genannten Spezial-Zemente in ihrem Erhärtungsverhalten vorteilhaft zu beeinflussen imstande sind.
Die erfindungsgemäss einzusetzenden Zusatzstoffe machen es nicht nur möglich, als Gipskomponente ein Gemenge aus Anhydrit-, Dihydrat- und Halbhydratgips einzusetzen, wobei die Zusammensetzung dieses Gemenges innerhalb weiter Grenzen schwanken kann, sondern ermöglichen es auch, nur Dihydratgips allein, wie bei normalem Portlandzement üblich, zu verwenden. Auch kann die Beschaffenheit des 11 CaO. 7 AlOg. CaX enthaltenden Klinkers beträchtliche Schwankungen aufweisen, ohne dass auch nur geringe Störungen des Erhärtungsverlaufes zu befürchten wären. Insbesondere ist es möglich, schwächer gebrannten oder kurze Zeit gelagerten 11 CaO. 7 ALjOg. CaX enthaltenden Klinker zu verwenden.
Diese Zusätze setzen wie schon oben erwähnt, die Calciumionenkonzentration in der flüssigen Phase vor allem zu Beginn der Erhärtung herab und machen Störungen des Erhärtungsablaufes bei 11 CaO. 7 Al203. CaX 2 enthaltenden Zement bzw. Beton unwirksam.
Ein Vorteil der erfindungsgemässen mit Zusatzstoffen versehenen Zemente bzw. Betone liegt weiters darin, dass sie auch bei einer kurzfristigen Erhöhung der Temperatur während der Erhärtung, wie sie beispielsweise bei einer Wärmebehandlung gegeben ist, weit gleichmässigere und auch bessere Festigkeitsentwicklung zeigen als 11 CaO. 7 Al2Og. CaX2 enthaltende Zemente ohne die genannten Zusätze. Auch bei einer Lagerung bei niedrigen Temperaturen, d. h. um oder geringfügig über OOC, bei denen die oben beschriebenen Störungen im Erhärtungsablauf von 11 CaO. 7 AlOg. CaX enthaltenden Zementen besonders häufig und ausgeprägt sind, haben die dem erfindungsgemässen Zement zugrundeliegenden Zusätze die Festigkeitsentwicklung günstig beeinflusst.
Ein weiterer Vorzug der erfindungsgemässen Zemente besteht darin, dass sie gegen die Einwirkung von Zuckern, wie sie z. B. bei der Zementverarbeitung mit Holz häufig auftritt-es sei hier an die Herstellung von Leichtbauplatten erinnert-und gegen die Einwirkung von gewissen Zellulosederivaten unempfindlich sind, währenddessen wiederum die Erhärtung von Portlandzementen üblicher Zusammensetzung durch diese Stoffe sehr stark beeinträchtigt wird. Dieser Unterschied kommt besonders stark zum Ausdruck, wenn der mit dem erfindungsgemässen Zement hergestellte Beton einer kurzen Wärmebehandlung zur Erhärtungssteigerung ausgesetzt wird.
Angesichts der langsameren Wirkungsweise ist es zweckmässig, die natürlichen und/oder künstlichen Puzzolane und/oder die, gegebenenfalls feinkörnigen, Hochofenschlacken in höheren Zusatzmengen einzusetzen.
Diese Mengen betragen vorteilhaft 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zementmenge.
Bei der Komponente Hochofenschlacke hat sich ein Zusatz von 25 Gew. -0/0, bei Trass ein solcher von 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Zementmenge als günstig erwiesen.
Die gegebenenfalls in den erfindungsgemässen Zementen bzw. Betonen enthaltenen Komponenten NaF, MgSiF6, Wasserglaslösung, Wasserglas, NaOH, Flusssäure, (Bi-) Carbonate, Silikofluoride, Aluminate, Alumino-
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enthalten.
Gegenstand der Erfindung ist weiters ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Zementes bzw.
Zementbetons.
Erfindungsgemäss wird demnach mindestens einer der oben genannten Zusatzstoffe entweder dem 11 CaO. 7 Al2O3. CaX2 enthaltenden Klinker beigemahlen oder einem derartigen bereits gemahlenen Zement beigemischt oder erst beim Mischen eines mit einem derartigen Zement zu bereitenden Betons zugegeben.
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mit einem Zusatz von 20 Gel.-% Trass bzw. 25 Gew.-% Hochofenschlacke. An den so erhaltenen Mischungen wurde nun nach ÖNORM B 3310 (Mischungsverhältnis Zement : Normensand 1 : 3, Wasser/Zement-Verhältnis w/z = 0,60) die Festigkeitsentwicklung bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I festgehalten.
DieZumahlungvon Trass bzw. Hochofenschlacke hat, wie aus Tabelle I ersichtlich, das Abbindeverhalten, insbesondere zu Beginn der Erhärtung wesentlich verbessert.
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Tabelle I
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<tb>
<tb> Probemahlung <SEP> aus <SEP> Klinker
<tb> mit <SEP> etwa <SEP> 20 <SEP> Gew.-%
<tb> 11 <SEP> CaO. <SEP> 7 <SEP> Al2O3. <SEP> CaF2 <SEP> 81 <SEP> Gew.-% <SEP> 81 <SEP> Gew.-% <SEP> 81 <SEP> Gew.-%
<tb> Anhydrit <SEP> 12,5 <SEP> Gew.-% <SEP> 12,5 <SEP> Gew.-% <SEP> 12, <SEP> 5 <SEP> Gew.
<tb>
Dihydratgips <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> Gel. <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> Gew.-%
<tb> Zumahlung <SEP> ohne <SEP> 20 <SEP> Gew.-% <SEP> Trass <SEP> 25 <SEP> Gew.-% <SEP> Hochofenschlacke
<tb> Normensteife, <SEP> % <SEP> 27, <SEP> 5 <SEP> 35 <SEP> 31
<tb> Erstarrungsbeginn, <SEP> min <SEP> 7 <SEP> 7 <SEP> 7
<tb> Erstarrungsende, <SEP> min <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP>
<tb> Biegezugfestigkeit, <SEP> kp/cm <SEP> l <SEP> h <SEP> 0 <SEP> 17 <SEP> 15
<tb> 2h <SEP> 0 <SEP> 19 <SEP> 18
<tb> 3h <SEP> 0 <SEP> 23 <SEP> 20
<tb> l <SEP> d <SEP> 9 <SEP> 34 <SEP> 37
<tb> 3d <SEP> 17 <SEP> 43 <SEP> 50
<tb> 21 <SEP> d <SEP> 63 <SEP> 75 <SEP> 77
<tb> Druckfestigkeit,
<SEP> kp/cm2 <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 0 <SEP> 60 <SEP> 55
<tb> 2h <SEP> 0 <SEP> 73 <SEP> 70
<tb> 3h <SEP> 0 <SEP> 80 <SEP> 79
<tb> 1 <SEP> d <SEP> 25 <SEP> 110 <SEP> 131
<tb> 3d <SEP> 84 <SEP> 176 <SEP> 195
<tb> 21 <SEP> d <SEP> 293 <SEP> 358 <SEP> 372
<tb>
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0,5 Gew. -0/0 NaF. An den so erhaltenen Mischungen wurde nun nach ÖNORM B 3310 (Mischungsverhältnis Zement : Normensand 1 : 3, Wasser/Zement-Verhältnis w/z = 0,60) die Festigkeitsentwicklung bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II festgehalten.
Wie aus dieser Tabelle II ersichtlich ist, hat sich der Zusatz von Trass und die Kombination von Trass und NaF auf das Abbindeverhalten, insbesondere zu Beginn der Erhärtung, günstig ausgewirkt.
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Tabelle II
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<tb>
<tb> Probemahlung <SEP> aus <SEP> Klinker
<tb> mit <SEP> etwa <SEP> 22 <SEP> Gew.-%
<tb> 11 <SEP> CaO. <SEP> 7 <SEP> Al2O3. <SEP> CaF2 <SEP> 83 <SEP> Gew.-% <SEP> 70, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 70, <SEP> 5 <SEP> Gew.-%
<tb> Anhydrit <SEP> 11,5 <SEP> Gew.-% <SEP> 9,8 <SEP> Gew.-% <SEP> 9,8 <SEP> Gew.-%
<tb> Dihydratgips <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 4,7 <SEP> Gew.-% <SEP> 4,7 <SEP> Gew.-%
<tb> Zusatz <SEP> ohne <SEP> 15 <SEP> Gew.
<SEP> Trass <SEP> 15 <SEP> Gew.-% <SEP> Trass
<tb> vermischt <SEP> mit <SEP> - <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> % <SEP> NaF
<tb> Normensteife, <SEP> % <SEP> 28,0 <SEP> 33, <SEP> 0 <SEP> 34
<tb> Erstarrungsbeginn, <SEP> min <SEP> 7 <SEP> 9 <SEP> 8 <SEP>
<tb> Erstarrungsende, <SEP> min <SEP> 8 <SEP> 11 <SEP> 10
<tb> Biegezugfestigkeit, <SEP> kp/cm2 <SEP> l <SEP> h <SEP> 0 <SEP> 9 <SEP> 14
<tb> 1 <SEP> d <SEP> 8 <SEP> 43 <SEP> 45
<tb> 3d <SEP> 45 <SEP> 50 <SEP> 47
<tb> 21 <SEP> d <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 75
<tb> Druckfestigkeit, <SEP> kp/cm2 <SEP> 1h <SEP> 0 <SEP> 31 <SEP> 45
<tb> l <SEP> d <SEP> 22 <SEP> 153 <SEP> 176
<tb> 3d <SEP> 206 <SEP> 218 <SEP> 215
<tb> 21 <SEP> d <SEP> 356 <SEP> 375 <SEP> 389
<tb>