CH684476A5

CH684476A5 - Zementmischungen.

Info

Publication number: CH684476A5
Application number: CH3538/92A
Authority: CH
Inventors: John W Brook; David F Factor; Frederick D Kinney; Celeste L Mccallen; Andrea M Young
Original assignee: Sandoz Ag
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1992-11-18
Publication date: 1994-09-30
Also published as: AU656440B2; ITRM920845A1; JPH05229864A; IT1263029B; AU2962792A; JP3317529B2; FR2684096B1; FR2684096A1; DE4239062A1; ITRM920845A0

Description

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CH 684 476 A5

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Zementmischungen und insbesondere solche, die Flugasche enthalten, sowie Zusatzmittel für die Verwendung darin.

Flugasche wird in der Standard Norm C 618 der «American Society for Testing Materials» (ASTM) als fein verteilter Abfall der Verbrennung von gemahlener oder pulvriger Kohle definiert. Diese Norm unterscheidet zwischen zwei verschiedenen Typen von Flugasche, Klasse F und Klasse C, wobei der er-stere (Produkt der Verbrennung von Anthrazit oder Hartkohle) häufiger vorkommt als der letztere Typ (Produkt der Verbrennung von Braunkohle oder Lignit). Ein typisches Merkmal von Flugasche der Klasse C ist der höhere Kalkgehalt, der in ASTM C 618 als «höher als 10%» festgehalten wird.

Die Verwendung von Flugasche in Zementmischungen bewirkt nützliche Effekte wie erhöhte Endfestigkeit und Beständigkeit sowie herabgesetzte Durchlässigkeit, was zu einer weitverbreiteten Anwendung in Beton geführt hat. Es verursacht aber auch die niedrige Anfangsfestigkeit (was in vielen Anwendungen unerwünscht ist) und verzögert die Härtung.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass die Kombination eines Zements, einer bestimmten Flugasche und eines ausgewählten Zusatzmittels eine Zementmischung ergibt, die alle Vorteile der Verwendung von Flugasche, jedoch keine der Nachteile aufweist. Gegenstand der Erfindung ist also eine Zementmischung, enthaltend a) ein Zement,

b) Flugasche mit einem Calciumoxidgehalt von 15-45 Gewichtsprozent,

c) eine Hydroxycarbonsäure und d) eine wasserlösliche Quelle von Alkalimetallionen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Zusatzmittel für Zementmischungen, die Flugasche enthalten, bestehend aus einem Alkalimetallsalz von Hydroxycarbonsäuren oder aus einer Mischung einer Hydroxycarbonsäure mit Alkalimetallcarbonaten, -bicarbonaten oder -hydroxiden.

Als Zement kommt jeder hydraulischer Zement in Betracht, d.h. jedes Calcium-Alumino-Silikat, das mit Wasser aushärtet. Gängigstes Produkt ist Portland Zement, was in den erfindungsgemässen Mischungen bevorzugtes Material ist. Es kann aber auch Zement mit einem hohen Aluminiumgehalt verwendet werden und es können auch Materialien enthalten sein, die nicht als hydraulischer Zement gelten, jedoch bei der Härtung des Endproduktes mitwirken. Beispiele solcher Produkte sind die verschiedenen natürlichen und artifiziellen Pozzolane.

Die Beschaffenheit der eingesetzten Flugasche ist für die Erfindung ausschlaggebend. Es muss nicht nur Flugasche der Klasse C sein, sondern sie muss einen Calciumoxid-Gehalt von 15-45%, bevorzugt von 25-30 Gewichtsprozent aufweisen.

Die dritte Komponente ist eine Hydroxycarbonsäure. Beispiele solcher Säuren sind die Zitronen-, Äp-fel-, Halon-, Glykol- und Glyoxylsäuren. Die letzte Komponente ist eine wasserlösliche Quelle von Alkalimetallionen, bevorzugt Natrium oder Kalium. Die Alkalimetallionen sollten vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von 0,5:1 bis 1,5:1, bevorzugt 0,6:1 bis 1:1 (Ionen zu Hydroxycarbonsäuren) vorhanden sein. Als derartige Quelle kommt jede wasserlösliche Alkaliverbindung in Frage, die in Wasser gelöst eine basische Lösung ergibt. Carbonate, Bicarbonate und Hydroxide sind in dieser Beziehung am geeignetsten. Stattdessen, und dieses ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wird ein Alkali-metallsalz einer Hydroxycarbonsäure als Kombination der Komponenten c) und d) eingesetzt. Speziell bevorzugte Verbindungen sind Trikalium- und Trinatriumzitrate.

Die Gewichtsverhältnisse der verschiedenen Bestandteile sind, ausgedrückt als Gewichtsprozente der Gesamtmischung von Zement, Flugasche und Salz, von 70 bis 80% Flugasche, von 20 bis 27% Zement und von 0,5 bis 4% Salz (als Kombination der Komponenten c) und d). Wenn die Hydroxycarbonsäure und die Quelle von Alkalimetallion als getrennte Verbindungen eingesetzt werden, sollen Mengen genommen werden, die theoretisch diesen Salzgehalt ergeben. Wenn also von «Salz» gesprochen wird, sind beide Varianten gemeint. Die bevorzugten Verhältnisse sind 71-73% Flugasche, 25-26% Zement und 2,5-3,5% Salz.

Zu den essentiellen Komponenten der oben definierten Zementmischung kommen gewöhnlich noch weitere, als solche bekannte Bestandteile. Üblich ist z.B. ein Aggregat, vor allem Sand. Sehr brauchbare Mischungen enthalten gewöhnlich von 50 bis 80 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gesamtmischung) Sand. Bekannte Zusatzmittel (definiert in ASTM C 125) wie Lignosulfonate, Kondensate von Naphthalinsulfonat und Formaldehyd und Glukoheptonate können in bekannten Mengen zugesetzt werden. Überraschendes Merkmal der erfindungsgemässen Mischungen ist, dass viele Zusatzmittel, die in herkömmlichen Mischungen als Verzögerer wirken, gar keine verzögernde Wirkung zeigen.

Weitere Bestandteile können nicht-hydraulische, glasartige Silikate, «silica fume», Reishülsenasche, gefällte Kieselsäure und dergleichen sein. Für die Bauindustrie geeignete Fasern können ebenfalls zugesetzt werden. Andere mögliche Komponenten sind Latex und ähnliche Polymerbestandteile.

Eine besonders bevorzugte Mischung gemäss der Erfindung enthält ausserdem eine Quelle von Borationen, weil damit überraschenderweise die Härtungszeit der Mischungen weitgehend kontrolliert werden kann. Dabei kann jede Quelle von Borationen, meistens Borax eingesetzt werden. Der Gehalt an

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Borationen beträgt vorzugsweise von 0,5 bis 3% des Gewichtes der Gesamtmischung der Komponenten a), b), c) und d) sowie Zusatzmittel und Aggregat.

Die erfindungsgemässen Zementmischungen kommen in verschiedenen Bereichen der Bauindustrie zum Einsatz und können beispielsweise als Beton, Mörtel oder Giessmörtel verwendet werden. Sie härten schnell zu harten, undurchlässigen Massen mit hohen Anfangs- und Endfestigkeiten. Sie weisen auch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Frost-Tauzyklen auf.

In den folgenden Beispielen sind alle Teile als Gewichtsteile zu verstehen.

BEISPIEL 1

Ein Hochleistungsmörtel besteht aus

10,4

Portland Zement

28

Flugasche der Klasse C (25% CaO)

1,6

Trikaliumzitrat

60

Teilen feinem Sand

Wasser wird in einer Menge von 8,3% (auf das Gewicht der Gesamtmischung) zugegeben. Die Prüfungsergebnisse sind:

Fliessverhalten (5 Tropfen) nach ASTM C 230: 80%

Härtungszeit (ASTM C 266) Anfang

3,5 Min.

Ende

5,0 Min.

Druckfestigkeiten nach ASTM C 109:

nach 2 Stunden:

33,5 mPa

(5 cm Kubus, luftgetrocknet)

24 Stunden:

65,0 mPa

7 Tagen:

85,0 mPa

BEISPIEL 2

Ein Hochleistungsmörtel wird durch Mischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

Portland Zement 8,6 Teile

Flugasche der Klasse C (25% CaO) 24,8 Teile

Trikaliumcitrat 1,0 Teile

Borax 1,0 Teile

Natriumsulfat 1,5 Teile feiner Sand 63,0 Teile

Wasser wird in einer Menge von 8,3% (auf das Gewicht der Gesamtmischung) zugegeben und die Prüfungsresultate (gemessen wie im Beispiel 1) sind:

Fliessverhalten

70%

Härtungszeit: Anfang

28 Min.

Ende

30 Min.

Druckfestigkeiten nach

2 Std.:

18,6 mPa

24 Std.:

51,0 mPa

7 Tagen:

71,0 mPa

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Claims

Patentansprüche

1. Eine Zementmischung, enthaltend a) einen Zement,

b) Flugasche mit einem Calciumoxidgehalt von 15-45 Gewichtsprozent,

2. Eine Zementmischung gemäss Anspruch 1, worin die Flugasche einen Calciumoxid-Gehalt von 25-30 Gewichtsprozent aufweist.

3. Eine Zementmischung gemäss Anspruch 1 oder 2, worin das molare Verhältnis von Alkalimetallionen zu Hydroxycarbonsäuren von 0,5:1 bis 1,5:1, vorzugsweise von 0,6:1 bis 1:1 ist.

4. Eine Zementmischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, worin Alkalimetallcarbonate, -bicarbonate oder -hydroxide als Quelle von Alkalimetallionen eingesetzt werden.

5. Eine Zementmischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Komponenten c) und d) als Alkalimetallsalz einer Hydroxycarbonsäure vorliegen.

6. Eine Zementmischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Gewichtsanteile (als Prozente der Gesamtmischung von Komponenten a), b), c) und d) von 70 bis 80% Flugasche, von 20 bis 27% Zement und von 0,5 bis 4% Salz betragen, wobei die Komponenten c) und d) zusammen als äquivalente Menge des Alkalimetallsalzes der Hydroxycarbonsäure ausgedrückt werden.

7. Eine Zementmischung gemäss Anspruch 6 mit 71-73% Flugasche, 25-26% Zement und 2,5-3,5% Salz.

8. Eine Zementmischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, enthaltend 60 bis 80 Gewichtsprozent Sand (bezogen auf die Gesamtmischung).

9. Eine Zementmischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, enthaltend 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent Borationen (bezogen auf die Gesamtmischung der Komponenten a), b), c) und d) sowie allfälliger Zusatzmittel und Aggregat).

10. Verwendung einer Zementmischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9 als Beton, Mörtel oder Giessmörtel in der Bauindustrie.

11. Zusatzmittel für Zementmischungen, die Flugasche enthalten, nach Anspruch 1, bestehend aus einem Alkalimetallsalz von Hydroxycarbonsäuren oder aus einer Mischung einer Hydroxycarbonsäure mit Alkalimetallcarbonaten, -bicarbonaten oder -hydroxiden.

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