DD151150A5

DD151150A5 - Verfahren zur herstellung eines bindemittels

Info

Publication number: DD151150A5
Application number: DD80221396A
Authority: DD
Inventors: Bengt Forss
Original assignee: Flowcon Oy
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1980-05-27
Publication date: 1981-10-08
Also published as: ES8103717A1; DE3020384A1; CA1150327A; AU5880480A; CS379480A2; AR220055A1; NO150676B; IN152973B; IT1174776B; FR2457845A1; DK155185B; US4306912A; ATA287680A; GR68405B; NL8003179A; AU537598B2; ES491990A0; SE447097B; GB2051031B; RO84532A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels zur Verwendung in Dick- bzw. Rohschlamm, Moertel und Beton. Ziel ist die Herstellung eines rasch haertenden Bindemittels hoher Qualitaet aus Industrieneben- bzw. -abfallprodukten. Hergestellt wird ein Bindemittel, dem -zumindest 50% Masse eines hydraulischen Materials, wie Schlacke, technischer Puzzolanerden und/oder natuerlicher Puzzolanerden, las Rohmaterial fuer das Bindemittel verwendet wird, -zumindest ein Teil des hydraulischen Materials zu einerspezifischen Oberflaeche von zumindest 400 m&exp2!/kg gemahlen wird und -0,1 bis 5% Masse zumindest eines Plastifikators, wie eines sulfonierten Polyelektrolyts, zum Rohmaterial zugegeben wird, wobei erfindungsgemaesz in das Rohmaterial auch insgesamt 0,5 bis 8% Masse von zumindest einem Alkalihydroxid und/oder zumindest einem alkalischen Salz, wie einem Alkalicarbonat, als Abbinde- und Haertungsregulator zugegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels zur Verwendung in Dick- bzw, Rohschlamm, Mörtel und Beton.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln mit einem niedrigen Wasser/Zement-Verhältnis bekannt. Nach diesem Verfahren werden

- zumindest 50 % Masse eines hydraulischen Materials, wie Schlacke, technischer Puzzolanerden und/oder natürlicher Puzzolanerden, als Rohmaterial für das Bindemittel verwendet,

- zumindest ein Teil des hydraulischen Materials zu einer epe und

spezifischen Oberfläche von zumindest 400 m /kg gemahlen

- 0,1 bis 5 % Masse zumindest eines Plastifikator, wie eines sulfonierten Polyelektrolyts, zum Rohmaterial zugegeben.

Als zusätzlicher Bestandteil des Bindemittel-Rohmaterials können 0 bis 50 % von Materialien mit einem hohen Kalkgehalt, wie Portlandklinker, gelöschter Kalk oder dgl. verwendet werden.

Im folgenden wird unter "Zement" ein Bindemittel im allgemeinen verstanden, welches somit nicht auf gewöhnlichen

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Portlandzement bzw, seine Derivate beschränkt ist.

Andererseits bedeutet ein "niedriges" Wasser/Zement-Verhältnis ein Verhältnis von weniger als 0,4.

Nachteile des derzeitigen Betons aus gewöhnlichem Portlandzement sind u. a· hohe Bindemittelkosten, große Hydratisierungswärme, schlechte Formbeständigkeit und schlechte Korrosionsbeständigkeit des Betons. Der letztgenannte Nachteil beruht zum Teil auf der Tatsache, daß als Folge der Hydratisierung des Zements eine große Menge an gelöschtem Kalk, Ca-(OH)₂, freigesetzt wird, welcher bereits mit Wasser und schwachen Säuren reagiert. Diese Menge kann fast ein Viertel der Gesamtmenge an Bindemittel ausmachen, so daß der Beton in saurem Boden gegen die korrodierende Wirkung der Säuren im Boden geschützt werden muß.

Die schlechte Korrosionsbeständigkeit des Betons resultiert teilweise aus seiner hohen Porosität, die wiederum von der großen Menge Wasser herrührt, welches zum Mischen verwendet wird, oder im Fall einer steifen oder trocknen Betonmischung von unzulänglicher Verdichtung. Die für eine vollständige Hydratisierung des Zements erforderliche Wassermenge beträgt etwa 25 % der Zementmasse, wogegen in der Praxis beim Betonieren häufig mehr als das Doppelte dieser Menge Wassers verwendet wird. Darüber hinaus kann bei Betonmischungen, die eine große Menge Zement enthalten, die hohe Hydratisierungswärme zu Spannungen und Rissen führen, was schlechte Korrosionsbeständigkeit zur Folge hat.

Die Beständigkeit des gewöhnlichen Portlandzements gegenüber Sulfat ist auch schwach, was auf den hohen AlpOg-Gehalt des

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Zements zurückgeht, so daß in· sulfathaltiger Umgebung ein teurerer, sulfatbeständiger Spezialzement für Betonbauten verwendet werden muß.

Solange der derzeitige Zement in Verwendung ist, sind Bestrebungen im Gange, die oben geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten auszuschalten bzw. zu verringern, u. zw, durch Zugabe von industriell erzeugten oder natürlichen hydraulischen Materialien zum Zement bzw. Beton, welche weniger Kalk, d. h. Puzzolanerden enthalten, deren Kosten erheblich niedriger als die Kosten von Zement sind und deren Beständigkeit gegenüber Säuren und Sulfaten höher ist und deren Hydratisierungswärme niedriger ist als jene von gewöhnlichem Zement. Eine extensivere Verwendung dieser Zusätze war hauptsächlich durch ihre langsame Hydratisierung und Härtung bzw. Abbindung begrenzt, was eine schlechte Anfangsfestigkeit zur Folge hat und in Widerspruch zu den Zielen der modernen Fertigteilindustrie steht.

Der bedeutendste Zusatz zu Portlandzement ist Hochofenschlakke, die in Verbindung mit der Herstellung, von Roheisen erzeugt wird. In den Industrieländern wird dieses Neben- bzw. Abfallprodukt in so großen Mengen erzeugt, daß es schwierig ist, eine Verwendungsmöglichkeit dafür zu finden. In manchen Ländern ist die Verwendung von Schlacke üblich, doch ist die verwendete Menge klein im Vergleich zu der Menge an verwendetem Zementklinker. Der gebräuchlichste Schlackengehalt in Schlackenzement beträgt etwa 30 bis 50 %.

Die hydraulischen Eigenschaften und die Reaktivität der Schlacke hängen hauptsächlich von der Basizität der Schlacke ab, d. h. vom Verhältnis der Menge an basischen Bestandtei-

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len zur Menge an sauren Bestandteilen. Wird die Reaktivität der Schlacke ausgedrückt, wird oft der sogenannte F-VVert verwendet, wie er in der folgenden Gleichung definiert ist:

CaO + CaS + 1/2 MgO + F-Wert = —

+ MnO

Ist der F-Wert >1,9, so ist die Schlacke hochreaktiv, wogegen die Schlacke bei einem F«W_ert von <1,5 langsam reagierend und mager ist. Die hydraulischen Eigenschaften der Schlacke hängen auch vom Glasgehalt der Schlacke, der närnlich bei einer guten Schlacke mehr als 95 % betragen muß, ab, Oe höher der AlpO^-Gehalt der Schlacke ist, desto besser sind ihre Festigkeitseigenschaften, obzwar die Menge en AlpO^-Hydratisierungsverbindungen nicht direkt die Festigkeit beeinflußt.

Die langsame Hydratisierung und Härtung, was auf die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften der Schlacke zurückgeht, können durch Mahlen der Schlacke auf eine hohe spezifische Oberfläche beseitigt werden. Es wurde bemerkt, daß die Festigkeit von Schlackenzement als Funktion der spezifischen Oberfläche rasch ansteigt. Wegen ihres hohen Glasgehalts ist die Schlacke jedoch schwierig zu mahlen, und die zum Mahlen erforderliche Energie kann doppelt so hoch sein wie bei Zementklinker.

Eine Beschleunigung der Hydratisierung der Schlacke kann auch mittels verschiedener Beschleunigungsmittel erzielt werden, von denen die folgenden die bekanntesten sinds Zementklinker, verschiedene Sulfate, wie Anhydrit und Gips,

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gelöschter oder ungelöschter Kalk und Alkalien und alkalische Salze.

Von diesen Beschleunigungsmitteln sind Zementklinker sowie Gips und Klinker zusammen die am häufigsten verwendeten.

Wegen ihrer langsamen Reaktionen finden Schlackenzemente hauptsächlich als sogenannte Zemente mit geringer Wärmeentwicklung angesichts des reduzierten Rißrisikos in monolithischen Betonkonstruktionen Anwendung.

Die in Kraftwerken durch die Verbrennung von Brennstoffen, wie Kohle, Torf oder dgl» erzeugte Flugasche wird auch als aktives Füllmaterial für Zement und Beton mit geringer Wärmeentwicklung verwendet. Flugasche ist üblicherweise ein hydraulischer Zusatz, der langsamer als Schlacke reagiert, was u. a. auf ihren geringen Kalkgehalt zurückzuführen ist. Ihre hydraulischen Eigenschaften werden üblicherweise durch die Zugabe von kalkhaltigen Komponenten, wie gelöschtem Kalk und Klinker, und durch Mahlen derselben zu einer höheren Feinheit verbessert. Abgesehen von den verwendeten Brennstoffen, hängen die Zusammensetzung und die hydraulischen Eigenschaften von Flugasche auch von den vorherrschenden Verbrennungsbedingungen ab. Die Feinheit der Flugasche kann von der Größenordnung der Zementfeinheit sein.

Ziel der Erfindung

Es ist ein Ziel aer vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile auszuschalten und ein Verfahren zu schaffen, mit welchem es möglich ist, aus Industrieneben- bzw. -abfallprodukten und aus natürlichen Puzzolanerden hochqualitative

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rasch härtende Bindemittel herzustellen. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eigenschaften der Bindemittel durch weitere Zusätze günstig zu beeinflussen.

Die Erfindung beruht u. a. auf folgenden Erkenntnissen:

Es wurde beobachtet, daß neben der Anwendung höherer Abbindetemperaturen die Verwendung von Zusätzen bestimmter Art ©ine äußerst günstige Auswirkung auf die Hydratisierungsgeechwindigkeit der Schlacke hat, weshalb nicht so viel Klinker, ja in manchen Fällen überhaupt keiner benötigt wird.

Es ist bekannt, daß Hochofenschlacke langsamer reagiert als Klinker, daß aber die Festigkeit des auf diesen beiden Bindemitteln basierenden Betons letztlich gleich ist.

Beispielsweise gestattet die Zugabe von alkalischen Carbonaten oder Hydroxiden bei rasch reagierenden Zementen auch eine reichlichere Verwendung von Schlacke. Beispielsweise beruht wahrscheinlich bei der Verwendung von Natriumcarbonat (Na₂CO.,) die Wirkung auf einer Erhöhung des pH-Wertes, wodurch die OH-Komponente die Schlacke aktiviert. Gleichzeitig fördern ein hoher pH-Wert zusammen mit einem gereinigten Ligninfulfonat die Fließfähigkeit des Betons. Neben Natriumcarbonat können auch andere Alkalicarbonate (z. B. KpCO₃ und ) und andere alkalische Salze verwendet v/erden*

Es wurde weiterhin beobachtet, daß die Reaktionsgeschwindigkeit umso höher ist, je höher die Basizität der Schlacke ist

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und je feiner die Schlacke gemahlen ist.

Es ist bekannt, daß es nicht der Mühe wert ist» Zementklinker über eine gewisse Grenze hinaus zu mahlen, da eine zusätzliche Feinheit die Härtungs- und Festigkeitseigenschaften kaum verbessert. Im Gegenteil, lohnend ist es, die Schlacke auf eine spezifische Oberfläche von z, B. 400 bis

ρ 800 m /kg zu mahlen.

Somit beginnt Schlacke gleichermaßen wie Zement zu reagieren, wenn etwas alkalisches Salz zugegeben wird, welches als Aktivator fungiert.

Es ist auch bekannt, daß die Reaktion schneller vor sich geht, wenn höht wird.

geht, wenn die Abbindetemperatur auf z. B. 40 bis 9o ⁰C er-

Es wurde weiterhin beobachtet, daß sich die Basizität auf die Schlacke günstig auswirkt, wenn letztere auf einen ausreichenden spezifischen Oberflächenwert gemahlen wurde (> 400 m²/kg).

Es ist möglich, an sich bekannte Mahlhilfsmittel (Ligninsulfonat oder dgl.) zu verwenden, welche eine Feinzermahlen der Schlacke ermöglichen und zusätzlich später im Beton als Plastifikator fungieren können.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, Schlacke zu verwenden, wenn sie genügend fein zermahlen ist und wenn alkalische Beschleunigungsmittel verwendet werden. Unter diesen Umständen wirkt die Schlacke überraschenderweise als rasch härtendes Bindemittel im Beton,

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Die Hydratisierung von Schlacke und Puzzolanerden kann durch den Einsatz von Plastifikatoren, wie Ligninsulfonaten oder sulfonierten Ligninen oder anderen sulfonierten Polyelektrolyten, wesentlich verbessert werden, wodurch das Wasser/ Zement-Verhältnis des Betons erheblich gesenkt werden kann_e Durch die Zugabe von verschiedenen Beschleunigungsmitteln, wie Alkalihydroxiden und/oder -carbonaten oder anderen alkalischen Salzen, ist es auch möglich, Bindemittel mit hohen Schlackengehalten in rasch härtenden Zementen zu verwenden. Diese günstige Wirkung beruht wahrscheinlich auf dem höheren pH-Wert, wobei die Schlacke bzw, Puzzolanerde zur selben Zeit aktiviert wird, als die Wirkung der Plastifikatoren intensiviert wird.

Es wurde weiterhin noch beobachtet,, daß die Auswirkung der Alkalität umso günstiger ist, je langsamer das hydraulische Bindemittel von Natur aus reagiert, und daß diese Wirkung umso heftiger ist, je feiner das Bindemittel zermahlen wurdet So setzt die Reaktion der Schlacke auf die gleiche Weise wie bei Zement ein, wenn etwas Alkalicarbonat und/oder -hydroxid zugegeben wird, welche als Akfivatoren wirken,

Angesichts der obigen Ausführungen kann gesagt werden, daß das plastifizierende Mittel (z, B. Ligninsulfonat) und der Aktivator (z» B, NaOH und/oder Na₀CO-,) zusammen als sehr starke plastifizierende Kombination wirken.

Es ist auch möglich, beim Mahlen an sich bekannte Mahlhilfen zuzugeben, sowie Zusätze, die das Fließverhalten des pulverisierten Bindemittels verbessern bzw. die Eigenschaften des daraus hergestellten Betons (z* B₀ Mittel zur Entfernung von Luft, oder dgl.)*

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Genauer gesagt ist das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß in das Rohmaterial auch insgesamt 0,5 bis 8 % Masse von zumindest einem Alkalihydroxid und/oder zumindest einem alkalischen Salz, wie einem Alkalicarbonat, als Abbinde- und Härtungsregulator zugegeben werden.

Erfindungsgemäß können die Zusätze oder ein Teil davon während des Mahlens oder danach zugegeben werden.

Erfindungsgemäß können die Bindemittelkomponenten so aufgeteilt werden, daß das Verhältnis der Gesamtmenge an Erdalkalimetallen zur Menge an Siliziumdioxid im Bindemittel 1,1 bis 1,6, vorzugsweise 1,2 bis 1,4,beträgt.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, Schlacke und Puzzolanmatorialien für die Herstellung von rasch härtendem Beton zu verwenden, wenn zusätzlich zum Plastifikator stark alkalische Zusätze (z. B. Na₂CO₃, NaOH oder dgl.) verwendet werden.

Die Fließfähigmachung ist ein bedeutender Faktor, damit die Verwendung der Kombination eines alkalischen Salzes (z. B, Na₂CO₃) und eines alkalischen Hydroxids (z. B. NaOH) möglich wird. In kleinen Mengen zugegeben, verkürzen diese Materialien die Abbindezeit erheblich. Dabei beschleunigt der hohe pH-Wert die Plastifizierung und trägt in Kombination mit einem sulfonierten Polyelektrolyt (z, B. Ligninsulfonat oder sulfoniertes Lignin oder dgl«) auch zur Erhöhung der Hydratisierungsgeschwindigkeit bei. Das NaOH hingegen wirkt sich entscheidend auf die Verkürzung der Abbinde- und Här-

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tungszeit aus, beeinflußt aber auch zu einem gewissen Grad die Plastifizierung.

Erfindungsgemäß beträgt die Menge an zugegebenem Na^CO, 0,5 bis 3 % Masse und die Menge an zugegebenem NaOH 0,5 bis 3 % Masse« insbesondere beträgt die Menge an zugegebenem NaOH etwa 1 bis 4 % Masse.

Es sollte bemerkt werden, daß es für das erfindungsgemäße Verfahren nicht kritisch ist, wie die OH-Gruppe und das Alkalicarbonat in das Bindemittel eingebracht werden. Das kann auch über eine chemische Reaktion erfolgen, nämlich gemäß der folgenden Formel

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ f CaCO₃ + 2NaOH (1).

Dementsprechend kann das Alkalicarbonat durch Zugabe einer ausreichenden Menge davon eingebracht v/erden, wobei eine Reaktion z. B. gemäß der folgenden Formel stattfindet:

" 3 Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ $ CaCO₃ + 2 NaOH + 2Na₂CO, (2),

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird folgendes zur Mischung zugegeben:

0,1 bis 5,0 % von zumindest einem sulfonierten Polyelektrolyt oder dgl. und

0,5 bis 8,0 % (als Gesamtmenge) von zumindest einem Alkalihydroxid und/oder einem alkalischen Salz, wie einem Alkalicarbonat,

Gemäß dem Verfahren werden Schlacke und/oder andere Puzzo-

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lansubstanzen mittels 0,1 bis 5 % Alkaliligninsulfonat oder sulfoniertem Kraftlignin, gegebenenfalls zusammen mit anderen sulfonierten Polyelektrolyten, wie Kondensationsprodukten von Formaldehyd-Melamin, Formaldehyd-Naphthalin oder

ρ dgl,, zu einer Feinheit von 400 bis 800 m /kg gemahlen.

Während des Mahlens ist es möglich, gleichzeitig andere Substanzen zuzugeben, welche den Mahlvorgang, die Handhabungseigenschaften des Bindemittels bzw. die Eigenschaften des aus dem Bindemittel erzeugten Betons verbessern, wie das Fließen des Bindemittelpulvers fördernde Substanzen, Beschleunigungsmitttel oder Verzögerungsmittel, Mittel zur Entfernung von Luft oder dgl.

Es sollte bemerkt werden, daß das Alkalihydroxid und/oder das alkalische Salz im Rahmen der Erfindung nicht in Verbindung mit dem Mahlvorgang zugegeben werden muß, sondern es kann auch separat in das Bindemittel gemischt werden oder im Zuge des Einmischens in den Beton»

Alkali-Ligninsulfonate oder sulfonierte Alkalilignine wirken sich günstig auf die Mahleigenschaften der Schlacke aus.

Als Einstellmittel für das Abbinden und Härten des Bindemittels ist es möglich, Alkalibicarbonate, Alkalicarbonate, Hydroxide und verschiedene alkalische Salze zu verwenden. Diese können im Zuge des Mahlens oder zu einem späteren Zeitpunkt zugegeben 'werden.

Ist es wünschenswert, Klinker zum Bindemittel bzw. zum Beton zuzugeben, sollte der Klinker vorzugsweise unter Verwendung dorselben Zusätze separat gemahlen werden.

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Auf Grund dor gemeinsamen Wirkung des Feinmahlens sowie der Verwendung von Mahlhilfen und von Mitteln zur Einstellung der Hydratisierungsgeschwindigkeit ist es möglich, aus Schlacke und/oder anderen Puzzolanerden, insbesondere mittels Wärmeaushärtung, einen rasch härtenden, dichten und korrosionsbeständigen Beton zu erhalten, in welchem der Anteil an Zementklinker sehr klein oder nicht-existent ist (z. B. 20 bis O %).

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1; ·

Es wurde ein Versuch an Beton durchgeführt, dessen größte Teilchengröße 12 mm betrug und welcher 400 kg Bindemittel pro m Beton enthielt. Es fand eine Aushärtung von 10 cm Würfeln bei 70 ⁰C (7 h) bis zur Druckprobe statt. Tributylphosphat wurde als Mittel zur Entfernung von Luft verwendet.

Tabelle 1

Zementklinker	Fein heit m²/kg	Schlacke	Fein heit (m²/kg)	Zusatzstoffe	Beschleuni gungsmittel {%)	Wasser/ Zement- Verhält nis	Kon si stenz (VB)	Druckfestig keit (MN/m²)	24 h
Menge ν/α/	552 552 552 552 552 552	Menge	500 500 500 600 600* 700 700	Lignin- sulfonat (7o)	2.0(Na₂CO₃) 1,3(NaHCO₃) 1,6(KHCO₃) 1.8(Na₂CO₃) 1,3(Na₂CO₃) 1,1(Na₂CO₃) 1,8 (Na₂CO₃:	0,34 0,41 0,38 0,36 0,35 0,32 0.37	1 2 3 1 3 1 3	9 h	35,0 35,1 41,0 45,1 46,9 51,0 37,0
50 50 50 50 20 10 0	50 50 50 50 80 90 100	2 1,3 1,1 1,8 1,3 1,1 1,4	31,0 29,5 33,3 40,0 41,2 44,9 30,4

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Beispiel 2:

Wirkung eines Beschleunigungsmittels auf das Härten eines

Bindemittels auf Schlackenbasis·

Die spezifische Oberfläche der Schlacke betrug 600 m /kg, das Verhältnis von Bindemittel zu Normalsand 1:3, das Wasser/Zement-Verhältnis 0,35, die Temperatur des Mörtels 50 ⁰C. Der Mörtel wurde in einer Wärmekammer bei 50 C (4 h) ausgehärtet und danach bei 20 C bis zur Druckprobe«

Tabelle 2

	Beschleunigungsmittel	,8	% NaHCO₃	O	,1	% NaOH	Druckfest	3	igkoit	MM/m²
Test Nr.	O	%	Na₂CO₃	O	,25	% NaOH	1 Tag		Tage	28 Tage
1	1	%	Na₂CO₃ +	1	%	NaOH	0,4		1,2	17,0
2	1	O/ /O	Na₂CO₃ +			20,6		26,5	31,1
3	1	%	Na₂CO₃ +			24,3		29,9	34.1
4	1		28,5		32,9	36,0
5		38,7	45,2	51,0

Als fließfähigkeitsforderndes Mittel wurde 0,5 % Ligninsulfonat und als Mittel zur Entfernung von Luft wurde 0,1 % Tributylphosphat zugegeben.

Gemäß den US-PSen 3 960 582, 3 959 004 und 4 032 251 wird die Verwendung von NaHCO₃ und von anderen Bicarbonaten neben fließfähigkeitsfordernden Mitteln empfohlen, um einen fließfähigen Beton zu erhalten.

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Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Vorwendung von Bicarbonaten in Bindemittelmischungen, die viel Schlacke und Puzzolanerden enthalten, wegen ihres niedrigen pH-Wertes (siehe Beispiel 1) nicht vorteilhaft ist. Der Einsatz von Bicarbonaten resultiert in einem äußerst langsamen Abbinden und Härten des Betons, wobei die Hydratisierung nicht ausreichend beschleunigt werden kann, nicht einmal mittels Wärmeaushärtung.

Beispiel 3:

Als Bindemittel wurde Schlacken/Klinkerzement 70/30 verwendet, wobei die spezifische Oberfläche beider Komponenten

2 3

500 m /kg betrug. Die Bindemittelmenge betrug 400 kg/m Beton,

Tabelle 3

Lignin- sulfonat (SK)	Beschleunigungs mittel	V/a ss er/Zement- Verhältnis	Festigkeit (MN/m²).	24 h	7 Tage
1.5 · 1,5 1,5 1,5	1,6 % Na₂CO₃ 1,3 % NaHCO₃ 1,5 % KHCO₃ 2.1 % K₂CO₃	0,387 0,415 0,387 0,385	9h	38 35 26 32	42 39 34 34
33 30 23 27

Zum Beton wurde 0,1 % Tributylphosphat (TBP) zugegeben, und die Wärmeaushärtung fand bei 70 ⁰C statt.

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Beispiel 4:

Wird Schlacke allein als Bindemittel verwendet, tritt die Wirkung der Alkalität sowohl auf die Fließfähigkeit als auch auf die Entwicklung der Festigkeit noch klarer hervor, was aus der folgenden Tabelle 4 ersichtlich ist.

(Als Bindemittel wurden 400 kg/m einer Schlacke mit einer

spezifischen Oberfläche von 470 m /kg verv/endet» Das Mittel

zur Entfernung von Luft war TBP (0,1 %) , Der Beton wurde bei 70 ⁰C ausgehärtet.)

Tabelle 4

Menge an	Beschleuni	Menge an Be	Wasser/	Setzmaß	j Festigkeit (MN/m²)	9 h	3 Tage	7 Tage
Ligninsulfonat als fließfähig keit sf orderndes Mittel (SS)	gungsmittel	schleunigungs- mittel (%)	Zement- Verhält nis	(cm)		20	26	28
1,5	^Na2^C03	3,0	0,38	6	6 h	6	9	13
1,5	NaHCO₃	2.4	0,40	9	18	14	15	18
1.5	NaOH	1,0	0,365	23	0,7	21	29	30
1,5	NaOH	2,0	0,325	20	13	33	34	35
1,5	NaOH	3,0	0,335	19	19	35	38	40
1,5	NaOH	6,0	0,335	18	29	34	37	39.
2,0	NaOH+Na₂C0₃	3,5 + 1,5	0,32	20	33
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De nach den Betonierbedingungen und den Anforderungen, die an die Betonmischung bzw, an-den gehärteten Beton gestellt werden, ist es möglich, verschiedene Kombinationen von Beschleunigungsmitteln zu verwenden, um das Ziel auf optimal wirtschaftliche Weise zu erreichen.

Es ist auch bekannt, daß ein fester und haltbarer Beton erhalten wird, wenn beim Mischen des Betons ein Minimum an Wasser und ein Bindemittel, welches nicht unnötig viel Kalk enthält, verwendet werden.

Beim Portlandzementklinker wird ein hoher Kalksättigungsgrad angewendet, um die Hydratisierungsreaktion zu beschleunigen. Wird die Hydratisierung mittels Wärme, einem niedrigen Was™ eer/Zement-Verhältnis und verschiedener Beschleunigungsmittel beschleunigt, ist ein hoher Kalksättigungsgrad eher schädlich als nützlich. Bei normalem Beton hält das freiwerdende Ca(OH)₂ einen hohen pH-Wert aufrecht, der die Bewehrung gegen Rost schützt. Bei dichtem Beton mit niedriger Porosität ist das nicht notwendig, und die Gesamtmenge an Erdalkalioxiden muß entsprechend dem SiO₂-Gehalt des Bindemittels eingestellt werden. Liegt dieses· Verhältnis bei etwa 1,2 bis 1,5, werden Festigkeiten auch mit hydraulischen, als minderwertig betrachteten Bindemitteln, wie Schlacke und Flugasche, unter Anwendung von Wärmeaushärtung erzielt, welche denen entsprechen, die mit den besten Zementen erhalten werden,

Beispiel 5:

Flugasche allein liefert keine zufriedenstellende Festigkeit, auch wenn sie mit einer Base aktiviert wird, ebensowenig wie eine Mischung aus Schlacke und Flugasche bei einem Verhältnis von 2. : 1, Wird die Menge an Flugasche auf 10 %

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reduziert, wird das obige Molverhältnis erzielt, was auch aus der Entwicklung der Festigkeit in der folgenden Tabelle 5 ersichtlich ist. Um dieses Molverhältnis zu erzielen, bedarf es einer etwa 10%igen Kalkzugabe zur Schlacken/Flugaschen-Mischung von 2:1, wodurch die Festigkeiten merklich verbessert werden· Bei einer höheren Kalkzugabe nehmen die Festigkeiten wieder ab«

Tabelle 5

Bindemittel	Lignin- sulpho- nat (%)	Beschleuni gungsmittel {% NaOH)	Wasser/ Zement- Verhält nis	Setzmaß (cm)	Festigkeit (MN/m²)	9 h	3 Tage	7 Tage
100 % PFA 57 % S, 33 % PFA 90 % S, 10 % PFA 50 % S, 30 % PFA, 10 % SL 53 % S, 27 % PFA, 20 % SL 47 % S, 23 % PFA, 30 % SL	2,0 1,5 0,8 1,5 1,5 1,5	3,0 3,0 2,0 3,0 3,0 3,0	0,305 0,310 0,310 0,315 0,345 0,360	21 20 16 17 9 17	6 h	4 0,2 27 52 34 26	9 2,0 32 57 37 32	15 5,0 37
3 0,1 26 33 26 20

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In dieser Tabelle bedeutet PFA Flugasche, S Schlacke und SL gelöschten Kalk. Die Bindemittelmenge betrug 400 kg/m · Als Mittel zur Entfernung von Luft wurde 0,1 % Tributylphosphat und als Verzögerungsmittel 0,05 % Na-Gluconat zugegeben. Die Aushärtungstemperatur war 70 C,

Im folgenden Beispiel 6 werden die Ergebnisse eines umfassenden Tests aufgezeigt;

Beispiel 6:

Konsistenz·. Das Wasser/Zement-Verhältnis des durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Betons liegt üblicherweise um etwa 25 bis 40 % unter dem entsprechenden Verhältnis von OPC (Ordinary Portland Cement - gewöhnlicher Portlandzement). Trotzdem ist die Bearbeitbarkeit des neuen Betons besser als die Bearbeitbarkeit von normalem OPC-Beton.

Durch die Verwendung einer Schlackenmenge von 400 kg/m Beton veränderte sich die als Setzmaß in cm gemessene Konsistenz des Betons als Funktion des Wasser/Zement-Verhältnisses in einem umfassenden Test, der in einer Beton-Fertigteilfabrik durchgeführt wurde, wie aus der folgenden Tabelle 6 ersichtlich.

Tabelle 6

iiVasse r/Zement- Verhältnis	0.38	0,05	0,33	0,30	0,38	0,273
Setzmaß (cm)	25	23,5	21	18	12	2

22 1396

8. 10. 80

AP C 04 B/221 396

57 528 11

Als der Betonmischer nicht ausreichend vom OPC-Beton gereinigt war, wurden die folgenden Ergebnisse (Tabelle 7) erhalten, was zeigt, daß OPC nicht mit dem neuen Beton gemischt werden soll.

Tabelle 7

Wasser/Zement- Verhältnis	0,35	0,34	0,325
Setzmaß (cm)	22	22	12

"Schockaushärtung" des neuen Betons: In einer Fabrik wurde ein Fußbodenelement unter Verwendung eines 20 %igen Betons mit 340 kg Schlacke/m und einem V/asser/Zement-Verhältnis von 0,41 gegossen.

Nach einer Vorlagerung von 30 Minuten wurde das Element in einen Infrarotofen eingebracht. Die Entwicklung der Festigkeit wurde durch Zusammendrücken von 15 cm Würfel, die entsprechend gelagert wurden, festgestellt. Die folgenden Ergebnisse wurde erhalten (Tabelle 8):

8. 10. 80

AP C 04 ß/221 396

57 528 11

22 1396

- 23 -

Tabelle 8

Aushärtungs zeit (h)	0,5	1,5	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
durchschnitt liche Luft temperatur (⁰C)	31	58	66,5	66	67	67,5	68,5	68,5
Reifung (h ⁰C)	15,5	60,5	125,0	158,5	191,8	225,8	259,8	293,8
Druckfestig keit (MN/cn²)			21,5	24,5	26,0	30,0	34,6	36,5

Wie sich zeigt, ging der Festigkeitsanstieg rasch vor sich, und es konnten keine Risse im Element beobachtet werden.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels zur Verwendung in Dick- bzw, Rohschlamm, Mörtel oder Beton, mit einem niedrigen Wasser/Zement-Verhältnis, gemäß welchem Verfahren

- zumindest 50 % Masse eines hydraulischen Materials, wie Schlacke, technischer Puzzolanerden und/oder natürlicher Puzzolanerden, als Rohmaterial für das Bindemittel verwendet wird,

- zumindest ein Teil des hydraulischen Materials zu einer

spezifischen Oberfläche von zumindest 400 m /kg gemahlen wird , und

- 0,1 bis 5 % Masse zumindest eines Plastifikators, wie eines sulfonierten Polyelektrol.yts, zum Rohmaterial zugegeben wird ,

gekennzeichnet dadurch, daß in das Rohmaterial auch insgesamt 0,5 bis 8 % Masse von zumindest einem Alkalihydroxid und/oder zumindest einem alkalischen Salz, wie einem Alkalicarbonat, als Abbinde- und Härtungsregulator zugegeben werden·

2 0 1 O QR
ά I O3W - 25 -

2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Regulator Na₂CO₃ ist.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Regulator NaOH ist·

4» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Regulator eine Kombination aus Na₂CO₃ und NaOH ist.

8_β 10. 80

AP C 04 Β/221 396

57 528 11

5· Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Menge an zugegebenem Na₀CO₇ 0,5 bis 3 % Masse und die
Menge an zugegebenem NaOH 0,5 bis 3 % Masse beträgt.

6. Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Menge an zugegebenem NaOH etwa 1 bis 4 % Masse beträgt.

7« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest ein Teil der Zusätze im Zuge des Mahlens zugegeben wird.

8· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest ein Teil der Zusätze nach dem Mahlen zugegeben
vvi rd,

9« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das

Alkalihydroxid durch eine chemische Reaktion zwischen

einem Alkalicarbonat und einem anderen löslichen Hydroxid zugegeben wird.