CH379995A - Process for the production of a sulphate-resistant portland cement and cement produced therefrom - Google Patents

Process for the production of a sulphate-resistant portland cement and cement produced therefrom

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CH379995A
CH379995A CH6428858A CH6428858A CH379995A CH 379995 A CH379995 A CH 379995A CH 6428858 A CH6428858 A CH 6428858A CH 6428858 A CH6428858 A CH 6428858A CH 379995 A CH379995 A CH 379995A
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cement
sulphate
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clinker
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Wilhelm Dr Wittekindt
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Dyckerhoff Zementwerke Ag
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Description

  

  Verfahren zur     Herstellung    eines     sulfatbeständigen        Portlandzementes     und darnach hergestellter Zement    Mörtel und Betons aus Zementen     mit    hohem       Tonerdegehalt    werden durch den     Angriff        sulfathal-          tiger    Wässer unter Treiberscheinungen und Bildung  eines voluminösen     Komplexsalzes,          3CaO.A1:.03.3CaSo4.31H,0,        Ettringit,     zerstört. (Vgl.

   Lea,     The        Chemistry    of     Cement        and          Concrete,    1956, Seite 163, oder     A.S.T.M.    Standards  an     Cement,    1957, Seite 1/2.) Ein     sulfatbeständiger     Zement kann nach Angaben der Literatur erhalten  werden, wenn der Gehalt an     Tricalciumaluminat    im  Klinker auf     höchstens    5 %     begrenzt    wird.

   Dieser  Angabe     liegt    die Vorstellung zu Grunde, dass die  Tonerde im Klinker in zwei Mineralphasen auftritt  nämlich als     Tricalciumaluminat,        3CaO.A1203,    und als       Tetracalciumaluminatferrit,        4CaO.A1203.Fe@03,    bzw.  in Form von Mischkristallen des     letzteren    mit     Di-          calciumferrit,        2CaO.Fe203    ; ist weniger Tonerde als  die zum Eisenoxyd äquivalente Menge vorhanden,  bildet sich die     Mischkristallphase    ; geht der Tonerde  gehalt über das     Äquivalenzverhältnis    hinaus, d. h.

    steigt das     Gewichtsverhältnis        A1.03    :     Fe2O3,    der so  genannte       Tonerdemodul         ,    über 102 :160 = 0,64,  so bildet der überschiessende Anteil an Tonerde     Tri-          calciumaluminat.     



       Der    Erfindung     liegen    nun eine Reihe neuer wis  senschaftlicher Erkenntnisse zu Grunde, die es er  möglichen, eine sichere Vorschrift für die Herstellung  eines     sulfatbeständigen        Portlandzementes        zu    geben.  



  1) Nur die     eisenoxydhaltige        Mischkristallphase     geht bei der     Hydratation    in ein     sulfatbeständiges     Produkt über, und zwar bildet sich,     unter    zusätz  licher Aufnahme von Kalk und Kieselsäure ein Hy  drat etwa der     Zusammensetzung          6CaO.A1203.Fe203.Si02.10H20,          ein    sogenannter       Hydrogranat         .    Dieser Hydrogranat  ist, wie eigene Untersuchungen     gezeigt    haben, sulfat-    beständig.

   Fehlt es an den zum Aufbau notwendigen  Stoffen Kalk oder Kieselsäure, dann bilden sich ne  ben dem Hydrogranat auch     sulfatempfindliche    Pro  dukte. Aus dem     Tricalciumaluminat    bilden     sich,    wie  an sich bekannt ist, nur     sulfatempfindliche    Hydrate,  nämlich     4CaO.A1203.14H20    und     3CaO.A1203.6H20.     



  2) Entgegen dem     geschilderten    Stand der Tech  nik, wurde festgestellt,     dass    bereits sehr     kleine,    mi  kroskopisch nachweisbare Mengen von     Tricalcium-          aluminat    im Klinker zu Treiberscheinungen führen.

    Diese Treiberscheinungen wurden     mit        Hilfe    einer  sehr     empflindlichen    Prüfmethode, der sogenannten        Anstett-Probe      (vgl.     Kühl,    Zementchemie, Band  111, 1952, Seite 496 ; Lea,     The        Chemistry    of     Cement          and        Conerete,    1956, Seite 306) nachgewiesen.  



  3) Unter den technischen     Brennbedingungen    des  Klinkers vermag die     eiseuoxyähaltige    Mischkristall  phas.e weniger als 1     Mol    Tonerde auf 1     Mol    Eisen  oxyd zu binden, und zwar     liegt    der kritische Grenz  wert des     Tonerdemoduls,    oberhalb dessen     mit    dem  Auftreten von     Tricalciumaluminat    zu rechnen ist,  nicht bei 0,64, sondern bereits bei etwa 0,60. Dieser  Grenzwert bezieht sich auf einen     Silikatmodul    von  1,80 oder höher.

   Bei niedrigeren Werten des Silikat  moduls wurde auch bei noch     ;niedrigerem    Tonerde  modul das Auftreten von     Tricalciumaluminat    fest  gestellt ; z. B. zeigt ein Klinker von     Tonerdemodul     0,56 bei einem     Silikatmodul    von 1,6 noch     Trical-          ciumaluminat.    Für den Bereich     niedriger        Silikat-          modulen    wurden keine Grenzbedingungen für     sulfat-          beständige    Klinker ausgearbeitet,

       und    die Erfindung  beschränkt sich deswegen auf     Silikatmodulen    ober  halb 1,8.  



  Auf Grund dieser     Erkenntnis    kann nunmehr eine  sichere Vorschrift für die Herstellung eines     sulfat-          beständigen        Portlandzementes    gegeben werden.      1) Vermeidung von     Tricalciumaluminat    im Klin  ker durch Einstellung eines     Silikatmoduls    grösser als  1,8 und eines     Tonerdemoduls    von 0,35 bis 0,6, vor  zugsweise von 0,5 bis 0,55, um einerseits einen  sicheren Abstand von dem oberen     Grenzwert    einzu  halten, aber andererseits zu träge Erhärtung bei zu  niedrigem     Tonerdemodul    zu vermeiden.  



  z. Bereitstellung der notwendigen Mengen an       Kalk    und Kieselsäure für die     Hydrogranatbildung.     Die Bedingung für Kieselsäure ist durch die Fest  legung des     Silikatmoduls    bereits mit     erfüllt.    Für die  notwendige Menge an Kalk ist es     erforderlich,        dass          gewichtsmässig        mindestens    1     1/2    mal so viel     Trical-          ciumsilikat    vorhanden ist wie     eisenoxydhaltige    Misch  kristallphase.  



  Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfin  dung ein Verfahren zur Herstellung eines     sulfat-          beständigen        Portlandzementes,    bei dem ein Klinker  durch Brennen eines     tonerde-,        kieselsäure-,    kaik  und eisenhaltigen Gemisches erzeugt wird, das da  durch gekennzeichnet ist, dass bei der     Klinkerher-          stellung    ein     Tonerdemodul    von 0,35 bis 0,60, vor  zugsweise von 0,50 bis 0,55, und ein     Silikatmodul     grösser als 1,

  8     eingestellt    wird und     dass    der Zuschlag  an     Kalk    so gross gehalten wird, dass im Klinker  mindestens     1,5maI    so viel     Tricalciumsilikat    entsteht  wie     eisenoxydhaltige        Mischkristallphase.     



  Bei der Fabrikation eines derartigen     Zementes     kann man die Rohmischung in an sich bekannter  Weise mit hoch     eisenoxydhaltigen    und hoch kiesel  säurehaltigen Stoffen,     erforderlichenfalls    auch mit       hochprozentigem    Kalkstein korrigieren.  



  Es sind schon Zemente bekannt, bei denen die  Tonerde nahezu vollständig durch Eisenoxyd ersetzt    ist. Diese Zemente sind zwar auch     sulfatbeständig,     sie sind aber teuer in der Herstellung und zeigen  einen sehr trägen     Erhärtungsverlauf,    der den Anfor  derungen der heutigen Baupraxis nicht mehr     genügt.     Weiterhin sind Zemente, die sogenannten       Ferrari-          zemente     , bekannt, deren Charakteristikum das       Äquivalenzverhältnis    von Tonerde und Eisenoxyd ist,  mit einem     Tonerdemodul    von 0,64.

   Auf Grund des  bisherigen Fachwissens war es noch nicht möglich,  mit Sicherheit einen     sulfatbeständigen    Zement herzu  stellen.



  Process for the production of a sulphate-resistant Portland cement and cement produced from it Mortar and concrete from cements with a high alumina content are destroyed by the attack of sulphate-containing water with driving phenomena and the formation of a voluminous complex salt, 3CaO.A1: .03.3CaSo4.31H, 0, ettringite. (See.

   Lea, The Chemistry of Cement and Concrete, 1956, p. 163, or A.S.T.M. Standards an Cement, 1957, page 1/2.) According to the literature, a sulphate-resistant cement can be obtained if the content of tricalcium aluminate in the clinker is limited to a maximum of 5%.

   This information is based on the idea that the clay in clinker occurs in two mineral phases, namely as tricalcium aluminate, 3CaO.A1203, and as tetracalcium aluminate ferrite, 4CaO.A1203.Fe@03, or in the form of mixed crystals of the latter with calcium ferrite, 2CaO.Fe203; if less clay is present than the amount equivalent to the iron oxide, the mixed crystal phase is formed; If the alumina content exceeds the equivalence ratio, d. H.

    if the weight ratio A1.03: Fe2O3, the so-called alumina module, rises above 102: 160 = 0.64, the excess amount of alumina forms tri-calcium aluminate.



       The invention is based on a number of new scientific findings that make it possible to provide a safe rule for the production of a sulfate-resistant Portland cement.



  1) Only the mixed crystal phase containing iron oxide changes into a sulphate-resistant product during hydration, and with additional absorption of lime and silicic acid, a hydrate with the composition 6CaO.A1203.Fe203.Si02.10H20, a so-called hydrogranate, is formed. As our own studies have shown, this hydro garnet is resistant to sulfate.

   If there is a lack of lime or silicic acid necessary for the build-up, sulphate-sensitive products are also formed in addition to the hydro garnet. As is known per se, only sulfate-sensitive hydrates are formed from the tricalcium aluminate, namely 4CaO.A1203.14H20 and 3CaO.A1203.6H20.



  2) Contrary to the state of the art described, it was found that even very small, microscopically detectable amounts of tricalcium aluminate in the clinker lead to driving phenomena.

    These driving phenomena were detected with the aid of a very sensitive test method, the so-called Anstett test (cf. Kühl, Zementchemie, Volume 111, 1952, page 496; Lea, The Chemistry of Cement and Conerete, 1956, page 306).



  3) Under the technical firing conditions of the clinker, the eiseuoxyähaltige mixed crystal phas.e is able to bind less than 1 mole of alumina to 1 mole of iron oxide, namely the critical limit value of the alumina module, above which the occurrence of tricalcium aluminate is to be expected, is not at 0.64, but already at around 0.60. This limit relates to a silicate module of 1.80 or higher.

   In the case of lower values of the silicate module, the occurrence of tricalcium aluminate was found even with an even lower alumina module; z. B. a clinker with a clay module of 0.56 with a silicate module of 1.6 still shows tricalcium aluminate. For the area of low silicate modules, no boundary conditions for sulphate-resistant clinker were worked out,

       and the invention is therefore limited to silicate modules above 1.8.



  On the basis of this knowledge, it is now possible to give reliable instructions for the production of a sulphate-resistant Portland cement. 1) Avoid tricalcium aluminate in the clinker by setting a silicate module greater than 1.8 and a clay module of 0.35 to 0.6, preferably from 0.5 to 0.55, in order to ensure a safe distance from the upper limit on the one hand hold, but on the other hand to avoid too sluggish hardening with too low alumina modulus.



  z. Provision of the necessary quantities of lime and silica for the formation of hydro garnets. The condition for silica is already fulfilled by the definition of the silicate module. For the necessary amount of lime it is necessary that by weight at least 1 1/2 times as much tricalcium silicate is present as mixed crystal phase containing iron oxide.



  Accordingly, the present invention relates to a method for producing a sulfate-resistant Portland cement, in which a clinker is produced by burning a mixture containing alumina, silica, kaik and iron, which is characterized in that a clay module is used in the clinker production from 0.35 to 0.60, preferably from 0.50 to 0.55, and a silicate module greater than 1,

  8 is set and that the addition of lime is kept so high that at least 1.5 times as much tricalcium silicate is formed in the clinker as the mixed crystal phase containing iron oxide.



  In the manufacture of such a cement, the raw mixture can be corrected in a manner known per se with high iron oxide and high silica acidic substances, if necessary also with high percentage limestone.



  Cements are already known in which the clay is almost completely replaced by iron oxide. Although these cements are also sulfate-resistant, they are expensive to produce and show a very sluggish hardening process, which no longer meets the requirements of today's building practice. Furthermore, cements, the so-called Ferrari cements, are known whose characteristic is the equivalence ratio of alumina and iron oxide, with an alumina modulus of 0.64.

   Based on previous knowledge, it was not yet possible to manufacture a sulphate-resistant cement with certainty.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung eines sulfatbeständigen Portlandzementes, bei dem ein Klinker durch Bren nen eines tonerde-, kieselsäure-, kalk- und eisenhal tigen Gemisches erzeugt wird, dadurch gekennzeich net, dass bei der Klinkererzeugung ein Tonerdemodul von 0,35 bis 0,60 und ein Sil: PATENT CLAIM I Process for the production of a sulphate-resistant Portland cement, in which a clinker is produced by burning an alumina, silica, lime and iron-containing mixture, characterized in that a clay module of 0.35 to 0.60 and a syllable: ikatmodul grösser als 1,8 eingestellt wird und dass der Zuschlag an Kalk so gross gehalten wird, dass im Klinker mindestens 1,5mal so viel Tricalciumsilikat entsteht wie eisen- oxydhaltige Mischkristallphase. UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass bei der Klinkererzeugung ein Tonerdemodul von 0,50 bis 0,55 eingestellt wird. PATENTANSPRUCH<B>11</B> Portlandzement, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I. The icate module is set greater than 1.8 and that the lime addition is kept so high that at least 1.5 times as much tricalcium silicate is formed in the clinker as the mixed crystal phase containing iron oxide. SUBSTANTIAL CLAIM Method according to patent claim I, characterized in that a clay module of 0.50 to 0.55 is set during the clinker production. PATENT CLAIM <B> 11 </B> Portland cement, produced by the process according to patent claim I.
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