Verfahren zur Herstellung eines Zementes mit erhöhter Wasserbeständigkeit. Es ist bekannt, dass bei der Reaktion des Portlandzementes mit Wasser bedeutende Mengen Caleiumhydroxyd frei werden.
Der Hauptbestandteil des Portlandzementes, Alit oder Tricalciumsilikat, 3Ca0. Si02, scheidet nämlich bei der Reaktion mit Wasser einen Drittel seines Kalkgehaltes in Form von Caleiumhydroxyd ab, während zwei Drittel zu Dicaleiumsilikathydrat gemäss der Glei chung: 3Ca0.Si02@-aq--+ Ca(OH)_@-2Ca0.Si0=.aq gebunden werden.
Das entstehende Calciumhydroxyd ist in Wasser verhältnismässig rasch und leicht lös lich, während das Caleiumsilikathydrat eben so wie das aus dem Aluminat entstehende Calciumaluminathydrat verhältnismässig lang sam gespalten und vom Wasser gelöst wird. Wenn erstarrter und in Staubform überge führter Beton mit Wasser behandelt wird, beobachtet man daher zunächst ein rasches und später ein infolge der langsamen hydro- lytischen Spaltung des Calciumsilikathydra- tes und Calciumaluminathydrates langsame res Auslösen von Kalk.
Der Angriff aggresiver Wässer auf Beton ist hauptsächlich von dem Gehalt des Betons an freiem Calciumhydroxyd abhängig. Das Calciumhydroxyd ist teils direkt im Wasser löslich, teils bildet es mit Kohlensäure lös liches Caleiumbikarbonat. Mit Magnesium salzen entstehen durch doppelte Umsetzung lösliche Caleiumsalze und Magnesiumhydro- xyd und mit Sulfaten entsteht Calciumsulfat oder Gips, welcher das Gefüge zersprengt und so die Auslaugung erleichtert.
Es ist einleuchtend, dass eine Erhöhung der Wasserbeständigkeit des Betons zu er reichen wäre, wenn man ein billiges und wirksames Mittel hätte, welches imstande ist das bei der Reaktion des Zementes mit Was ser freiwerdende Calciumhydroxyd zu bin den. Schon lange hat man nach einem sol chen Mittel gesucht, und zur Erhöhung der Wasserbeständigkeit von hydraulischen Mör teln sind bereits solche Zusätze wie Trass, Puzzolanerde, Kieselsäuregel, Ziegelmehl usw. in Vorschlag gebracht worden.
Schon zur Zeit Salomos und während der Römerzeit wurden zum Beispiel Wasserleitungen aus gelöschtem Kalk und Ziegelmehl gebaut.
Diese experimentell gefundenen und ohne Verständnis der chemischen Vorgänge ver wendeten Mittel haben jedoch nicht zu be friedigenden Ergebnissen geführt und er möglichen nicht eine rationelle Herstellung hochwertiger Zemente mit einem Minimum gehalt ungewünschter oder schädlicher Be standteile.
Eine rationelle Herstellung der artiger Zemente ermöglicht dagegen die vorliegende Erfindung, welche auf der Er kenntnis beruht, dass man in Kaolinan- hydrid, A120s. 2Si0_, wie es durch Brennen von Kaolin oder kaolinhaltigen Rohstoffen bei 500 bis<B>1000'</B> C erhalten wird, ein vor zügliches und billiges Nalkbindungsmittel hat.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Zementes mit erhöhter Wasserbeständigkeit ist dadurch gekenn zeichnet, dass Portlandzement mit einer sol chen Menge eines Kaolinanhydrid enthalten den Materials, welches durch Brennen bei 500 bis<B>1000'</B> C eines mindestens 25% Kaolin, AI203.2Si0.2.2H20, enthaltenden Stoffes erhalten wurde, gemischt wird, dass auf zwei Moleküle Tricalciumsilikat, 3Ca0 .
S10" des Portlandzementes, nach der Bogueschen For mel berechnet, mindestens ein Molekül Kaolinanhydrid, A1203.2Si02, kommt.
Die kalkbindende Wirkung des Kaolin anhydrides ist darauf zurückzuführen, dass die Kieselsäure des Kaolinmoleküls beim Brennen, indem das Konstitutionswasser aus getrieben wird, aktiviert wird, so dass sie ver hältnismässig leicht mit Calciumhydroayd unter Bildung von kolloidalen Calciumsili- kathydraten reagiert.
Gemäss .dem oben stehenden ist also das Kalkbindungsver- mögen des verwendeten Zusatzmittels von des sen Gehalt an Kaolin bedingt, und die übri gen Bestandteile bedingen nur eine Verdün nung beziehungsweise Verschlechterung des entstehenden Betons. Man wird infolgedes sen solche Ausgangsstoffe wählen, die einen möglichst hohen Gehalt an Kaolin haben, nämlich mindestens 25 %.
Wenn ein solcher Kaolin enthaltender Stoff zur Aktivierung der Kieselsäure bei 500 bis<B>1000'</B> C ge brannt und mit dem Portlandzement im an gegebenen Verhältnis gemischt wird, erhält man einen Zement, in welchem schon nach 90tägiger Lagerung im Wasser das abge schiedene Calciumhydroxyd quantitativ ge bunden ist.
Das Brennen von Kaolin oder kaolinhal- tiger Tone kann nicht ohne weiteres in einem gewöhnlichen Drehofen für Zementbrennung durchgeführt werden. Die Zementbrennung erfolgt gewöhnlich bei einer Temperatur von 1400--bis <B>1500'</B> C, und wenn man die Ofen temperatur auf eine für die Tonbrennung geeignete Temperatur, zum Beispiel<B>750'</B> C, herabzusetzen versucht, zeigt es sich, dass die für die Erhitzung verwendete Kohlenpulver flamme erlischt.
Diesem Übel kann dadurch abgeholfen werden, dass die Verbrennungs zone des Ofens von Kaolin oder kaolinhalti- gem Ton frei gehalten wird und nur als Zünd- und Heizkammer verwendet wird, in dem der Ton, der in bekannter Weise im obern, kälteren Ende des Ofens eingeführt wird, durch vor der Verbrennungszone lie gende Öffnungen herausgenommen wird. Durch Anordnung mehrerer derartiger Öff nungen in verschiedenen Abständen von der Verbrennungszone ist es möglich, das ge brannte Material gerade dort herauszuneh men, wo es die geeignete Temperatur er reicht hat.
In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, die ganze Länge des Drehofens für den Tonbrennvorgang zu benutzen. In solchen Fällen wird der Drehofen zweckmässig mit. einer ausserhalb desselben gelegenen, still stehenden Verbrennungskammer versehen, in der das Kohlenpulver verbrannt wird. Die Verbrennungsgase zusammen mit dem zur Einstellung der gewünschten Temperatur etwa erforderlichen Luftzuschuss, werden von der Verbrennungskammer in den Drehofen eingeleitet, wo sie den Ton auf die geeignete Aktivierungstemperatur erhitzen.
Wenn der Kalkgehalt des verwendeten Porilandzementes niedrig ist, wird selbst verständlich eine entsprechend geringere Menge Caleiumhydroxyd bei der Reaktion des Zementes mit Wasser freigemacht.
Wenn der Zement ausserdem nur einen ge ringen Gehalt an Aluminiumoxyd aufweist, ist die Wärmeentwicklung bei der genannten Reaktion gering. Portlandzemente dieser Art worden in Schweden und auch in den Vereinig ten Staaten von Nordamerika für Dammbau ten hergestellt, und zeichnen sich dadurch aus, dass sie, nach der Bogueschen For mel für die Bestandteile des Zementes:
3 Ca0 # Si02 -f- x (2Ca0 # Si 02) y(4Ca0 # A1202 # Fe203) -f- z(3Ca0 # t11203) berechnet, so wenig Kalk enthalten, dass der Gehalt an Dicalciumsilikat (2Ca0 .
SiO=) mindestens gleich gross ist wie der Gehalt an Tricalciumsilikat (3Ca0 . Si0z), und dass der Gehalt an stark wärmeentwickelndem Tricaleiumaluminat gering ist.
Da das gebrannte, Kaolinanhydrid ent haltende Material verhältnismässig langsam reagiert, kann es in gewissen Fällen vorteil haft sein, einen langsam reagierenden Port landzement der oben beschriebenen Art zu verwenden, insbesondere einen Zement, des sen Gehalt an Tricaleiumaluminat, nach Bogues Formel berechnet, höchstens 6,"b be trägt. Das Binden des Kalkes erfolgt dabei ungefähr in dem Masse, wie es aus dem Ze ment ausgeschieden wird.
Der Zusatz von Kaolinanhydrid oder kaolinanhydridhaltigen Stoffen zum Port landzement hat einen besonders günstigen Einfluss auf die Festigkeitseigenschaften des Betons nach längerer Lagerungszeit, wie zum Beispiel nach 28 und 90 Tagen, und in gewissen Fällen ist eine Festigkeit ermittelt worden, die 40 bis 50 % höher liegt als die des Portlandzementes selbst.
Diese Wirkung beruht darauf, dass das Caleiumhydroxyd mit der Kieselsäure des Kaolinanhydrides un ier Bildung kolloidaler Calciumsilikat- hydrate reagiert, ähnlich denjenigen, welche aus dem Kieselsäurebestandteil des Port landzementes entstehen. Diese gelförmigen Verbindungen erhöhen die Festigkeit des Be tons in hohem Masse, und ganz besonders wird die Zähigkeit, das heisst die Festigkeit gegen Zugbeanspruchung, erhöht. Ein Ze ment mit höherer Zugfestigkeit ist schon seit langem erwünscht, und durch die Erfin dung kann dieser Wunsch erfüllt werden.
Zur Erzielung guter Anfangsfestigkeiten kann der Verlauf der Reaktion durch Zusatz von neutralem oder basischem Calcium- chlorid, Aluminiumchlorid oder einer an dern chemischen Verbindung, welche das Abbinden und Erhärten des Zementes be schleunigt, gefördert werden.
So erhält man zum Beispiel durch Zusatz von Beschleuni gungsmitteln bei der Herstellung eines Pro duktes aus gebranntem Kaolin und einem kalkarmen, verhältnismässig langsam reagie renden Portlandzement oben angegebener Art einen Zement, der einen niedrigen Kalk gehalt und eine hohe Anfangs- und Schluss- festigkeit aufweist und einen freies Calcium- hydroxyd nicht enthaltenden Beton liefert.
Die Herstellung der Zemente nach der vorliegenden Erfindung erfolgt zum Beispiel dadurch, dass Portlandzementklinker mit dem gebrannten, kaolinhaltigen Material zu sammen gemahlen wird. Man kann natür lich auch den fertigen Portlandzement mit einem separat gemahlenen, gebrannten kao- linha.Itigen Stoff mischen.