AT393381B

AT393381B - Bindemittelgemisch zur herstellung von dichtenden schichten

Info

Publication number: AT393381B
Application number: AT111990A
Authority: AT
Original assignee: Perlmooser Zementwerke Ag
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1991-10-10
Also published as: ATA111990A

Description

AT 393 381B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bindemittelgemisch zur Herstellung von dichtenden Schichten, beispielsweise von Dichtwänden.

Im Erdbau werden vielfach Dichtungsschichten auf mineralischer Basis vorgesehen, insbesondere unter Verwendung von Tonmineralien wie Kaolinit, mit, Montmorillonit oder dergleichen. Besondere Bedeutung haben derartige Dichtungsschichten bei der Sanierung und Sicherung von Altstandorten und Altablagerungen sowie im Deponiebau erlangt, etwa in Zusammenhang mit der Ummantelung von Deponien.

Aus der DE-Al-36 33 736 ist eine Trockenmischung zur einstufigen Herstellung von Dichtwandmassen, eine Dichtwandmasse für das Einphasenverfahren zur Herstellung von Dichtungsschlitzwänden, ein Verfahren zur Herstellung der Dichtmasse sowie ein Verfahren zur Herstellung von Dichtungsschlitzwänden nach dem Einphasenverfahren bekannt. Demnach stellt die Trockenmischung eine feingemahlene Mischung von 20 bis 70 Gewichtsteilen eines quellfähigen Tonminerals, 20 bis 79,7 Gewichtsteilen Hochofenschlacke, 0,3 bis 8 Gewichtsteilen eines Hydroxylionen bildenden Anregers für die Hochofenschlacke und gegebenenfalls bis zu 3 Gewichtsteilen Soda und bis zu 25 Gewichtsteilen Kalksteinmehl oder anderen inerten Füllstoffen dar. Sämtliche Komponenten der Trockenmischung müssen in feingemahlener Form vorliegen, wobei für die

Hochofenschlacke eine Feinheit von mindestens 1.000 cm^/g nach Blaine gefordert wird, um eine ausreichende Reaktionsfähigkeit sicherzustellen. Als Anreger für die Hochofenschlacke werden bekannte, Calciumhydroxid bildende Stoffe eingesetzt, insbesondere gleichfalls feingemahlener Portlandzementklinker, also feiner Portlandzement, sowie Calciumoxid bzw. Calciumhydroxid.

Die Herstellung von Dichtwandmassen erfolgt durch Vermischen der Komponenten in speziellen Mischanlange auf der Baustelle. Hiezu werden quellfähige Tonminerale und Bindemittelmischung entweder, wie auf Baustellen allgemein üblich, getrennt voneinander, auch eine entsprechenden Vorquellzeit der Tonminerale in Wasser, zu einer verarbeitungsgerechten Frischmasse gemischt, oder eine trockene Bindemittel-Tonmineralmischung wird unter Zusatz von Wasser in ein entsprechendes Mischverfahren eingebracht. Die zweite Herstellungsvariante weist den Vorteil auf, daß nur eine Trockenkomponente eingesetzt werden muß, und daß kein Vorquellen des Bentonits erforderlich ist

Es ist bekannt, daß hochofenschlackenreiche Zemente mit entsprechend verringertem Portlandzement-Klinkergehalten die Anforderungen an die Dichtmassen besser erfüllen. Zu diesen Anforderungen zählen, daß die Masse eine gewisse Stabilität aufweisen muß, d. h., im Lauf der Zeit dürfen sich die feste und die flüssige Phase nicht trennen. Weiterhin muß die Masse eine entsprechend günstige Verarbeitbarkeit bei gleichzeitig befriedigender Fließgrenze aufweisen. Schließlich soll eine Erhärtung der Masse nach Beendigung der Arbeiten einsetzen, sodaß die geforderten Festigkeiten und Durchlässigkeitsbeiwerte (k-Werte) erreicht werden.

Bei üblichen Bindemittelgemischen mit feingemahlenem Zement bzw. feingemahlenem Portlandzementklinker wirkt sich die Reduzierung des Zement- bzw. Klinkeranteils zwar günstig auf die theologischen Eigenschaften aus, bedingt durch diese geringen Gehalte kommt es jedoch auch zu hohen Einbußen in der Erhärtung. Die Reduzierung ist dadurch nur in einem beschränkten Ausmaß möglich.

Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, die Einschränkungen und Nachteile der bekamen Bindemittelgemische und Trockenmischungen zur Herstellung von dichten Schichten, insbesondere von Dichtwänden, zu überwinden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einem Bindemittelgemisch zur Herstellung von dichtenden Schichten, z. B. Dichtwänden, bestehend aus mindestens einem quellfähigen oder vorgequollenen Tonmineral sowie gegebenenfalls hydraulischem Bindemittel, insbesondere Zement, gegebenenfalls Hochofenschlacke, Flugasche, Trass und/oder anderen latenthydraulischen oder puzzolanischen Zusätzen, weiteren, die Dichtigkeit erhöhenden Zusätzen, wie z. B. Stoffe mit Anteilen an feindisperser, reaktiver Kieselsäure, Kunststoffen und dergleichen, und gegebenenfalls inerten Zuschlägen, insbesondere Steinmehl, dadurch erreicht, daß das Bindemittelgemisch neben dem quellfähigen oder vorgequollenen Tonmineral einen feinteilarmen grobkörnigen Portlandzementklinker und/oder feinteilarmen grobkörnigen Zement enthält.

Zufolge des erfindungsgemäßen Zusatzes von grobkörnigem Portlandzementklinker und/oder grobkörnigem Zement können einerseits die chemischen Erhärtungsreaktionen und damit die Freisetzung von Calciumionen verzögert werden, was sich vorteilhaft auf die Theologischen Eigenschaften auswirkt; anderseits kommt es zufolge des vorhandenen Potentials an Klinker zu einem günstigen Erhärtungsverlauf der Masse bzw. werden entsprechende Festigkeits- und Dichtigkeitswerte erreicht.

Das vorstehend beschriebene Verhalten kann durch Variationen in der Klinker- bzw. Zementkömung bewußt in die eine oder die andere Richtung gelenkt werden.

One vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bindemittelgemisches sieht daher vor, daß es als grobkörnigen Portlandzementklinker und/oder grobkörnigen Zement einen Klinker und/oder grobkörnigen Zement enthält, der einen Anteil kleiner 0,03 mm von unter 50 %, insbesondere von unter 30 % und besonders bevorzugt von unter 20 %, bezogen auf die Masse des grobkörnigen Portlandzementklinkers und/oder grobkörnigen Zementes, aufweist.

Eine noch stärker bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bindemittelgemisches zeichnet sich dadurch aus, daß es als grobkörnigen Portlandzementklinker und/oder grobkörnigen Zement einen Klinker und/oder grobkörnigen Zement enthält, der einen Anteil kleiner 0,01 mm von unter 12 %, insbesondere von -2-

AT 393 381B unter 5 % und besonders bevorzugt von unter 1 %, bezogen auf die Masse des grobkörnigen Portlandzementklinkers und/oder grobkörnigen Zementes, auf weist.

Das GröBtkom des grobkörnigen Portlandzementklinkers und/oder grobkörnigen Zementes liegt zweckmäßigerweise bei etwa 1 mm, bevorzugt bei 0,5 mm. In vorteilhafter Weise wird der Anteil an

Potlandzementklinker bzw. Zement mit ein» üblichen Feinheit von größer als 2.500 cnrfyg möglichst gering gehalten werden.

Der Anteil an grobkörnigem Klinker und/oder grobkörnigem Zement soll zweckmäßig 1 bis 40 %, insbesondere 2,5 bis 30 % und besonders bevorzugt 5 bis 20 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches, betragen.

Unter den zuvor genannten hydraulischen Bindemitteln sollen handelsübliche Portlandzemente, Eisenportlandzemente, Hochofenzemente, Trasszemente, Flugaschezemente, Kalksteinzemente, Kompositzemente, Tonerdezemente, Zemente auf Basis C11A7.CaF2, Quellzemente bzw. deren Klinker, gebrannter Kalk und/oder gebrannt» Dolomit verstanden werden.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Bindemittelgemisch Zusatzstoffe auf, die die Dichtigkeit erhöhen, beispielsweise Stoffe mit Anteilen an feindisperser reaktiver Kieselsäure, Kunststoffe und d»gleichen. Der Anteil an solchen dichtigkeits»höhenden Zusatzstoffen kann bis zu 25 %, insbesondere bis 15 % und besonders bevorzugt bis 8 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches, betragen.

Eine zweckmäßige Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Bindemittelgemisches zeigt folgende Werte: - quellfähige Tonminerale: 2 bis 79 %, insbesondere 4 bis 55 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; - Hochofenschlacke, Flugasche, Trass und/oder andere latenthydraulische oder puzzolanische Zusätze: 0 bis 89 %, insbesondere 10 bis 82 %, jeweils bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; - inerte Zuschläge, insbesondere Steinmehl: 0 bis 85 %, insbesondere 0 bis 65 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; - hydraulische Bindemittel: 0 bis 30 %, insbesondere 0 bis 10 %; besonders bevorzugt 0 bis 2 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; - grobkörniger Klinker und/oder grobkörniger Zement: 1 bis 40 %, insbesondere 2,5 bis 30 % und besonders bevorzugt 5 bis 20 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches. - dichtigkeitserhöhende Zusatzstoffe: 0 bis 25 %, insbesondere 0 bis 15 % und besonders bevorzugt 0 bis 8 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; wobei die Summe der Anteile der Komponenten 100 % »geben muß.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bmdemittelgemisches sieht vor, daß es einen niedrigen Gehalt an Erstarrungsregl» (Gips und/oder Anhydrit) enthält, vorzugsweise unter 3 %, insbesondere unter 1 %, besonders bevorzugt unter 0,5 %, jeweils bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches.

In vorteilhafter Weise enthält das erfindungsgemäßc Bindemittelgemisch einen grobkörnigen Klinker und/oder grobkörnigen Zement, der einen Gehalt an Trikalziumaluminat von wenig» als 5 %, insbesondere weniger als 3 % und besonders bevorzugt kein Trikalziumalummat, bezogen auf die Masse des grobkörnigen Portlandzementklinkers und/oder grobkörnigen Zements, aufweist.

Gemäß ein» weiteren, vorteilhaften Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Bindemittelgemisch einen grobkörnigen Portlandzementklinker und/od» grobkörnigen Zement, dessen Anteil an Dikalziumsilikat über 25 %, insbesondere über 35 % und besonders bevorzugt üb» 45 %, bezogen auf die Masse des grobkörnigen Portlandzementklinkers und/oder grobkörnigen Zements, beträgt. Bedingt durch die Empfindlichkeit von Na-Bentonit gegenüber Calciumionen kann es von Vorteil sein, wenn das erfindungsgemäße Bindemittelgemisch Zusatzstoffe enthält, die die Calciumionenkonzentration der flüssig»i Phase absenken, wie z. B. Stoffe aus der Gruppe der Hydroxide, Karbonate, Bikarbonate, Fluoride, Silikofluoride, Aluminate, Aluminosulfate, Borate, Silikate, Chloride, Phosphate oder Nitrate des Natriums oder Kaliums, sowie MgSiFg. Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Beispiel 1

An ein» Dichtwandmasse, bestehend aus - - 240 kg trockenem Bindemittelgemisch, das erfindungsgemäß 7,7 % grobkörnigen Portlandzementklihker mit einem Masseanteil kleiner 0,03 mm von 10,5 % enthielt, und - 920 Liter Wasser, wurden im V»gleich zu Nullproben, die feingemahlenen, handelsüblichen Portlandzement mit einem Masseanteil klein» 0,03 mm von 58 % enthielten, folgende Werte gemessen: -3-

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Zusammensetzung: A B C Na-Bentonit (%) 16,3 163 16,3 Portlandzement (%) 7,7 03 7,7 PZ1*) PZ1*) PZ2*) Hochofenschlacke (3800cm2/g)(%) 76,0 833 76,0 MARSH-Zeit (sec) nach - 0 min 33 43 45,5 - 60 min 34,5 44 47 Hitratwasserabgabe (cm^) nach - 0 min 74 92 53 - 60min 79 102 57 Dekantation (VoL-%) nach 24 h 7,3 3,7 2,1 Wasserdurchlässigkeitsbeiwert 7,4.10-8 2,0.10-10 k (m/s) nach 56 d 3,8.10'9 *) PZ1: handelsüblicher Portlandzement mit einem Masseanteil kleiner 0,03 mm von 58 % PZ 2: grobkörniger Portlandzement mit einem Masseanteil kleiner 0,03 mm von 10,5 %.

Beispiel 2

Aus Portlandzementen unterschiedlicher Feinheit sowie Na-Bentonit, Hochofenschlacke und Mikrosilika wurden verschiedene Bindemittelmischungen erstellt. An den daraus hergestellten Massen auf der Basis von 210 kg Bindemittel und 920 Liter Wasser wurden folgende Untersuchungen durchgeführL

Zusammensetzung: D E F Na-Bentonit (%) 18,5 18,5 18,5 Zement (%) 193 19,2 19,2 PZI*) ΡΖΠ*) pzm*) Hochofenschlacke (4.200 cm2/g)(%) 56,3 56,3 56,3 -4-

AT 393 381B (Fortsetzung)

Zusammensetzung: D E F Mikrosilika (%) 6,0 6,0 6,0 MARSH-Zeit (sec) nach - 0h 33 38 47 - lh 33,5 39 48 Filtratwasserabgabe (cm^) nach - 0h 137 93 65 Dekantation (VoL-%) nach 24h 15,6 7,3 2,4 k-Wert (m/s) nach 28 d - 3,4.10-9 1,7.10-10 *) PZI = handelsüblicher Partlandzement mit einem Masseanteil unter 0,01 mm von 36 % PZ Π = Portlandzement mit einem Masseanteil unter 0,01 mm von 10 % ΡΖΙΠ= Portlandzement mit einem Masseanteil unter 0,01 mm von 0,9 %

Beispiel 3

An Schmalwandmassen auf der Basis von - 510 kg Bindemittelgemisch, bestehend aus: 6,9 % Na-Bentonit 4,7 % grobkörniger Porflandzement 0,9 % handelsüblicher Portlandzement 25,8 % Hochofenschlacke 61,7 % Steinmehl, und - 820 Liter Wasser, wurden bei verschiedenem Dicalciumsilikat (C2S)-Gehalt der eingesetzten grobkörnigen Portlandzemente folgende Werte gemessen:

Zusammensetzung: G H Na-Bentonit (%) 6,9 6,9 grobkörniger Portlandzement *) (%) 4,7 4,7 (Zement mit:) (19 % C2S) (47 % C2S) -5-

AT 393 381B (Fortsetzung)

Zusammensetzung: G H handelsüblicher Portlandzement **) 0,9 0,9 (Zement mit:) (16 % C^S) (16%C2S) Hochofenschlacke (%) (4.100 cm2/g) 25,8 25,8 Steinmehl (%) 61,7 61,7 MARSH-Zeit (sec) m nach - 0 min 43 47 - 60 min 45 48 Dekantation (Vol.-%) nach - 24 h 2,4 0,7 Wasserdurchlässigkeitsbeiwert k (m/s) nach- 28 d 9,6.10-9 2,1.10-9 *) grobkörniger Portlandzement mit einem Masseanteil kleiner 0,03 mm von 18 %. **) handelsüblicher Portlandzement mit einem Masseanteil kleiner 0,03 mm von 75 %.

Beispiel 4

An Dichtwandmassen auf der Basis von 190 kg Bindemittelgemisch, bestehend aus Na-Bentonit, grobkörnigem Portlandzementklinker und Hochofenschlacke, sowie 935 kg Wasser wurden bei Zusatz von Trass bzw. Soda folgende Werte gegenüber der Nullprobe gemessen.

Zusammensetzung: I K L Na-Bentonit (%) 16,3 16,3 16,3 grobkörniger Portlandzementklinker *) (%) 17,4 17,4 17,4 Hochofenschlacke (4.900 cm2/g)(%) 66,3 56,3 54,3 Trass (%) 10,0 10,0 Na^O-j (%) ' 2j0 -6-

Claims

AT 393 381B (Fortsetzung) Zusammensetzung: I K L MARSH-Zeit (sec) nach · 0 min 36 37 44 - 60 min 36,5 37 47 Fließgrenze (N/m^) nach 0 min 15,2 23,6 28,4 Filtratwasserverlust (cnr*) nach - 0 min 133 102 50 - 60 min 142 110 53 Dekantation (Vol.-%) nach - 24 h 4,5 3,9 0,9 *) grobkörniger Portlandzementklinker mit einem Masseanteil kleiner 0,03 mm von 28 %. PATENTANSPRÜCHE 1. Bindemittelgemisch zur Herstellung von dichtenden Schichten, z. B. Dichtwänden, bestehend aus mindestens einem quellfähigen oder vorgequollenen Tonmineral sowie gegebenenfalls hydraulischem Bindemittel, insbesondere Zement, gegebenenfalls Hochofenschlacke, Flugasche, Trass und/oder anderen latenthydraulischen oder puzzolanischen Zusätzen, weiteren, die Dichtigkeit erhöhenden Zusätzen, wie z. B. Stoffe mit Anteilen an feindisperser reaktiver Kieselsäure, Kunststoffen und dergleichen, und gegebenenfalls inerten Zuschlägen, insbesondere Steinmehl, dadurch gekennzeichnet, daß es neben dem quellfähigen Tonmineral einen feinteilarmen grobkörnigen Portlandzementklinker und/oder feinteilarmen grobkörnigen Zement enthält
2. Bindemittelgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als grobkörnigen Partlandzementklinker und/oder grobkörnigen Zement einen Klinker und/oder grobkörnigen Zement enthält, der einen Anteil kleiner 0,03 mm von unter 50 %, insbesondere von unter 30 % und besonders bevorzugt von unter 20 %, bezogen auf die Masse des grobkörnigen Portlandzementklinkers und/oder grobkörnigen Zementes, auf weist
3. Bindemittelgemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als grobkörnigen Portlandzementklinker und/oder grobkörnigen Zement einen Klinker und/oder grobkörnigen Zement enthält der einen Anteil kleiner 0,01 mm von unter 12 %, insbesondere von unter 5 % und besonders bevorzugt von unter 1 %, bezogen auf die Masse des grobkörnigen Portlandzementklinkers und/oder grobkörnigen Zementes, aufweist.
4. Bindemittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der grobkörnige Klinkeranteil und/oder grobkörnige Zementanteil 1 bis 40 %, insbesondere 2,5 bis 30 % und besonders bevorzugt 5 bis 20 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches, beträgt
5. Bindemittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Zusatzstoffen, die die Dichtigkeit erhöhen, wie z. B. Stoffe mit Anteilen an feindisperser reaktiver Kieselsäure, -7- AT 393 381B Kunststoffen und dergleichen, 0 bis 25 %, insbesondere 0 bis 15 % und besonders bevorzugt 0 bis 8 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches, beträgt
6. Bindemittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgende 5 Zusammensetzung: - quellfähige Tonminerale: 2 bis 79 %, insbesondere 4 bis 55 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; - Hochofenschlacke, Flugasche, Trass und/oder andere latenthydraulische oder puzzolanische Zusätze: 0 bis 89 %, insbesondere 10 bis 82 %, jeweils bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; 10 - inerte Zuschläge, insbesondere Steinmehl: 0 bis 90 %, insbesondere 0 bis 65 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; • hydraulische Bindemittel: 0 bis 30 %, insbesondere 0 bis 10 %, besonders bevorzugt 0 bis 2 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; - grobkörniger Klinker und/oder grobkörniger Zement: 1 bis 40 %, insbesondere 2,5 bis 30 % und besonders 15 bevorzugt 5 bis 20 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; - dichtigkeitserhöhende Zusatzstoffe: 0 bis 25 %, insbesondere 0 bis 15 % und besonders bevorzugt 0 bis 8 %, bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches; wobei die Summe der Anteile der Komponenten 100 % ergeben muß.
7. Bindemittelgemisch nach einem der Anbrüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen niedrigen Gehalt an Erstarrungsregler (Gips und/oder Anhydrit) enthält, vorzugsweise unter 3 %, insbesondere unter 1 %, besonders bevorzugt unter 0,5 %, jeweils bezogen auf die Masse des trockenen Bindemittelgemisches.
8. Bindemittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen 25 grobkörnigen Klinker und/oder grobkörnigen Zement enthält, der einen Gehalt an Trikalziumaluminat von weniger als 5 %, insbesondere weniger als 3 % und besonders bevorzugt kein Trikalziumaluminat, bezogen auf die Masse des grobkörnigen Portlandzementklinkers und/oder grobkörnigen Zements, aufweisL
9. Bindemittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es einen 30 grobkörnigen Portlandzementklinker und/oder grobkörnigen Zement enthält, dessen Anteil an Dikalziumsilikat über 25 %, insbesondere über 35 % und besonders bevorzugt über 45 %, bezogen auf die Masse des grobkörnigen Portlandzementldinkers und/oder grobkörnigen Zements, beträgt
10. Bindemittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzstoffe 35 enthalten sind, die die Kalziumionenkonzentration der flüssigen Phase absenken, wie z. B. Stoffe aus der Gruppe der Hydroxide, Karbonate, Bikarbonate, Fluoride, Silikofluoride, Aluminate, Aluminosulfate, Borate, Silikate, Chloride, Phosphate oder Nitrate des Natriums oder Kaliums, sowie MgSiFg. -8-