DD270295A1 - Aktiver belitzement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aktiven Belitzement und ein Herstellungsverfahren dafuer. Der Zement ist in der Bauindustrie einsetzbar. Erfindungsgemaess besteht der Zement zu mehr als 25% aus Belit und davon mehr als 50% in der alpha- und alpha-Strich-Modifikation; der Freikalkgehalt ist gleich oder kleiner als 2,0 Ma.-% im Klinker; der K2O-Gehalt liegt zwischen etwa 1,5 und etwa 3,5 Ma.-% im Klinker; die 3-Tage-Festigkeit betraegt wenigstens 30 MPa und die 28-Tage-Festigkeit wenigstens 40 MPa. Die Herstellung erfolgt, indem durch Zusatz von K-enthaltenden Verbindungen, insbesondere Bypassstaub, ein Belitrohmehl mit einem Kalkstandard I von 85 bis 90 auf einen K2O-Gehalt von etwa 1,5 bis etwa 4,0% eingestellt wird und der bei etwa 1 350 bis 1 400C gebrannte Klinker von etwa 1 300C mit einer Abkuehlrate von wenigstens 200 K/min abgekuehlt wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen aktiven Be'itzement, der in der Bauindustrie als Bindemittel eingesetzt werden kann sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Zementes.

Bekannter Stand der Technik

Aus DD 138197 P1 ist bekannt, einen hydraulisch aktiven Belitzement herzustellen, dessen Alkaligehalt an nicht sulfatisch gebundenen Alkalien gemäß DD157328 A1 entsprechend den Alkalien in den Ausgangsstoffen durch weitere Alkalizugabe zwischen 0,2 und 3% im Klinker eingestellt werden kann. Dies erfolgt bei Kalkstandards zwischen 75 und 80, wobei sich mit steigendem Kalkstandard auch die Druckfestig: °U"r erhöhen.

Die Einbeziehung von Alkalien bis zu 5% bei Kalkstandards zwischen 75 und 85 ist auch in DE 3414196 A1 einige Jahre später beschrieben, wobei die Druckfestigkeiten nach zwei Tagen zwischen 3,5 und 5MPa und nach 28 Tagen zwischen 30 und 60MPa bei einem Kalkstandard von 80 liegen sollen.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Eigenschaften aktiver Belitzemente weiter zu verbessern ohne dabei kostenintensivere Ausgangsprodukte einzusetzen und dabei die vorhandenen apparativen Voraussetzungen verändern zu müssen.

Wesen dor Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Herstellung eines Belitzementes ein Bindemittel bereitzustellen, das einen

hohen KjO-Genalt aufnehmen kann, ohne daß unzulässig hohe Freikalkgehalte auftreten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der BeliUement auf einen Kalkstandard I oberhalb von 85 eingestellt

wird. Der erfindungsgemäße aktive Belitzement besteht zu mehr als 25% aus Boliv, und von diesem Teil liegen mehr als 50% inder alpha- und alpha-Strich-Modifikation vor; der Freikalkgehalt ist gleich oder kleiner als 2,0Ma.-% im Klinker; der K₂O-Gehaltbeträgt zwischen etwa 1,5 und etwa 3,5Ma.-% im Klinker; die 3-Tago-Festigkeit beträgt wenigstens 30MPa; und die 28-Tage-

Festigkeit beträgt wenigstens 40MPa. Bevorzugt liegt der Freikalkgehalt im Bereich von 0,3 bis 1,4%, insbesondere im Bereich von 0,3 bis 0,9 oder 1,0 bis 1,3%. Dabei

ist es technisch bedingt, daß ein gewisser Freikalkgehalt immer vorhanden sein wird. Die guten Eigenschaften deserfindungsgemäßen Zements werden jedoch auch noch mit relativ hohen Freikalkgehalten erreicht.

Bevorzugte Bereiche für den K₂O-Gehalt sind 2,1 bis 3,5%, insbesondere etwa 2,5 bis 3,5%. Weiterhin wird bevorzugt, daß der Zement zu 25 bis 45% aus Belit besteht, insbesondere 28-40%. Der Belitanteil besteht

vorzugsweise zu 50 bis 100% aus der alpha- und der alpha-Strich-Modifikation, insbesondere zu 70 bis 100%.

Die 3-Tage-Festigkeiten liegen vorzugsweise im Bereich von 30MPa bis 40MPa und die '28-Tage-Festigkeiten im Bereich von 43

bis 60MPa, insbesondere 45 bis 55MPa.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß ein Belitrohmehl mit KjO-Gehalten von 1,5 bis 4,0% und einem Kalkstandard I von

85 bis 90 bei 1350 bis 1400⁰C zu einem Belitklinker gebrannt werden kann, der bis zu 3,5 K₂O enthalten kann, ohne daß der

Freikalkgehalt über 2,0% ansteigt. Es ist bekannt, daß bei Kalkstandards etwa ab KSt 80 bereits bei K₂O-Gehalten im Klinker von

mehr als 2% der Freikalkgehalt Worte über 2,0% annimmt und damit ein volumenbeständiges Bindemittel nicht herstellbar ist.

Ursache dafür ist die Tats&chs, daß durch hohe K₂O-Gehalte die Abbildung stark behindert wird und das für die Abbildung

bereitstehende CaO 7.T. in ungebundener Form nach dem Brennprozeß vorliegt.

Für die vorliegende Erfindung überraschend war es, daß trotz der hohen K₂O-Gehalto und der verhältnismäßig niedrigen Brenntemperatur die Freikalkgehalte unter etwa 2% bleiben. Die genaue Ursache konnte noch nicht geklärt werden. Der Einbau

von K₂O in das Kristallgitter des Belits ist nur eine Deutung des Vorganges.

Die 3- und 28-Tage-Festigkeiten der aus solchem Klinker hergestellten Zemente hängen vom Abkühlgradierten im Temperaturbereich 130O-900°C ab. Es wurde aber gefunden, daß boi K₂O-Gehalten von £=2,5% bereits bei Abkühlgradienten

von 200 bis 300K/min Zemente erzeugt werden können, die bei Mahlung auf übliche Zementfeinheit 3 d-Festigkeiten vons 30MPii und 28d-Festigkeiten von δ 40MPa erreichen.

Demzufolge können K₂O-reiche Klinker mit KSt von 85 bis 90 ohne wesentliche Änderung der gegenwärtigen Brenn- und Kühltechnik hergestellt werden. Es ist lediglich durch geeignete Wahl und Anordnung des Brenners dafür Sorge iu tragen, daß

der Klinker mit 1300°C den Drehofen verläßt und danach z.B. in einem Rohrkühler mit Abkühlgradienten δ200K/min auf 900⁰Cgekühlt wird. Die Kühlgeschwindigkeit unterhalb 900⁰C ist ohne Einfluß auf die Produktqualität.

Bei Wahl höherer Abkühlgradienten, z. B. von 1000 K/min worden Klinker mit höherer hydraulischer Aktivität erzielt. Allerdings

ist in diesem Falle dann eine entsprechende neue Kühltechnik erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit dadurch gekennzeichnet, daß durch Zusatz von Kalium enthaltenden Verbindungen

ein Belitrohmehl mit einem Kalkstandard I von 85 bis 90 auf einen K₂O-Gehalt von etwa 1,5 bis etwa 4,0 Ma.-%, bezogen auf das

Rohmehl, eingestellt wird und der bei etwa 1350 bis etwa 1400°C gebrannte Klinker von etwa 1300⁰C mit einem Abkühlgradienten von wenigstens 200 K/min abgekühlt wird. Der K₂O-Geha!t liegt vorzugsweise zwischen etwa 1,5 und etwa 3,5%, insbesondere zwischen 2,5 und 3,5%, wobei davon .

auszugehen ist, daß eine gewisse K₂O-Menge — bis zu 0,5% — verdampfen kann. Bevorzugt ist der Einsatz von K₂O-reichem

Bypaßstaub als Kalium enthaltende Verbindungen. Dieser Bypaßstaub fällt in Zementfabriken an. Bei Rohstoffen für die Zementherstellung, die naturbedingt einen hohen Gehalt an Alkalian aufweisen, wird zur Gewährleistung eines stabilen Ofenbetriebos häufig am Übergang Drehofen/Vorwärmer ein Teil oder d&s gesamte Drehofenabgas mit dem darin enthaltenden Staub abgezogen, entstaubt und verworfen. Ein analoges Vorgehen wird gewählt, um alkaliarme Zemente (low alkali cement)

mit K₂O-Äquivalent = 0,6% im Zement zu erzeugen. Abgesehen von den energetischen Mehraufwendungen für dieses Verfahrenbereitet die Beseitigung des anfallenden Bypaßstaubes große Probleme. Neben der komplizierten Vorhaldung des feindispersen

Staubes sind u. a. Vorschläge zur Verwertung als Düngemittel in der Landwirtschaft und als Füllstoff für die Bodenstabilisierung

bekannt geworden. Der Einsau im vorliegenden Verfahren würde somit zugleich dazu dienen, diese Probleme bei der

Beseitigung eines Abproduktes zu lösen. Der Kalkstandard liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise zwischen 86 und 90, insbesondere 86 bis 88 und der Abkühlgradient des Klinkers zwischen 200 und 300K/min. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der Abkühlgradient bei 300 bis 400 K/min. Erfindungsgemäß kann dem Klinker ein Abbinderegler wie Gips, Halbhydrat und/oder Anhydrit in der in DD 221993

beschriebenen Weise hinzugesetzt werden, auf die hier Bezug genommen wird.

Die aus einem Belitklinker sowie entsprechendem Abbindereglor, z. B. Halbhydrat, ermahlenen Zemente können dort eingesetzt

werden, wo hohe Alkaligehalte im Bauwerk zu keinen Schäden führen können bzw. Ausblühungen keine Rolle spielen.

Beispielsweise kann ein solches Bindemittel zum Verfüllen von Schächten eingesetzt werden oder zur Bodenstabilisierung. Zu

beachten ist, daß auch die Wahl der Füllstoffe Einfluß auf die Eigenschaften des Betons hat.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Beispiel 1 Aus Bypaßs'3ul), Mergelkalkstein und Sand wird ein Rohmehl mit einem Kalkstandard I von 88 hergestellt. Der Bypaßstaub weist

folgende chemische Zusammensetzung auf:

Glühverlust	= 11,85%
SiO2	= 23,94%
AI2O3	= j,78%
Fe2O3	= 3,24%
CaO	= 35,03%
MgO	= 1,62%
SO3	= 4,52%
K2O	= 8,67%
Na2O	= 0,66%
Cl	= 0,70%.

Mineralogisch besteht der Bypaßstaub vorwiegend aus Calcit CaCO₃, Sulfatspum't 2C₂S-CaSO₄ sowie Kaliophilit KAS₂. Der Bypaßstaubanteil im Rohmehl beirägt etwa 40%. Der K₂O-Gehalt im Klinker liegt bei etwa 3,8. Der CaO₍„_rGeiialt nach dem Brand des Klinkers bei 1350 bis 1400⁰C beträgt etwa 2%. Der Klinker wird im Temperaturbereich 1300 bis 900°C mit 300K/min schnell gekühlt. Unter Verwendung von 6% Anhydrit als Abbinderegler wird der Klinker zu einem Zement mit einer spezifischen Oberfläche von 3 200cm²/g vermählen. Der Zement erreicht Festigkeiten von 30 MPa nach 3 Tagen und 43 MPa nach 28 Tagen. Der Klinker weist nach Phasenanalyse folgende Bestandteile auf: AUt 45%; beta-Belit 0%; alpha-Strich-Belit 28%; alpha-Belit 0%; C₃A (orthorhombische Form) 12%; C₂(A₁F) 6%; MgO 0%; glasige Zwischenphase 8%.

Beispiel 2 Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet. Man erhielt einen Klinker mit den folgenden Werten: Kalkstandard I 86,8 Silikatmodul 2,4 Tonerdemodul 2,4 Freikalkgehalt 1,8%

K₂O-Gehalt 2,8%

3-Tage-Festigkeit 22MPa

28-Tage-Festigkeit ' 49MPa

Beispiel 3 Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet. Man erhielt einen Klinker mit den folgenden Werten: Kalkstandard I 86,8 Silikatmodul 2,4 Tonerdemodul 2,4 Freikalkgehalt 1,9%

K₂O-Gehalt 2,4%

3-Tage-Festigkeit 18MPa

28-Tage-Festigkeit 47MPa.

Claims (13)

1. Aktiver Belitzement, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement zu mehr als 25% aus Belit besteht und davon mehr s)s 50% in der alpha- und alpha-Strich-Modif ikation vorliegen; der Freikalkgehalt gleich oder kleiner als 2,0 Ma.-% im Klinker ist; der K₂O-GeIIaIt zwischen etwa 1,5 und 3/5 Ma.-% im Klinker liegt; die 3-Tage-Festigkeit wenigstens 30MPa beträgt; und die 28-Tage-Festigkeit wenigstens 40MPa betiägt.

2. Belitzement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freikalkgehalt im Bereich von 0,3 bis 1,4% liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 0,8 oder 1,0 bis 1,3.

3. Belitzement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der K₂O-Gehalt im Bereich von 2,1 bis 3 Ma.-% liegt, vorzugsweise aber im Bereich von 2,5 bis 3,5Ma.-%.

4. Belitzement nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement zu 25 bis 45% aus Belit besteht

5. Belitzement nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belitanteil zu 55 bis 100% aus der alpha- und der alpha-Strich-Modif ikation besteht, vorzugsweise zu 75 bis 100%.

6. Belitzement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die 3-Tage-Festigkeit im Bereich von 30 bis 40MPa und die 28-Tage-Festigkeit im Bereich von 43 bis 60MPa.

7. Belitzement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er Abbinderegler wie Gips, Halbhydrat und/oder Calciumsulfat enthält.

8. Verfahren zur Herstellung von aktivem Belitzement durch Brennen eines Rohmehls und anschließendes Abkühlen des gebrannten Klinkers, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zusatz von Kalium enthaltenden Verbindungen ein Belitrohmehl mit einem Kalkstandard I von 85 bis 90 auf einen K₂O-Gehalt von etwa 1,5 bis etwa 4,0% eingestellt wird und der bei etwa 1350 bis etwa 1400⁰C gebrannte Klinker von etwa 1300⁰C mit einem Abkühlgradienten von wenigstens 200 K/min abgekühlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der K2O-Gehalt etwa 1,5 bis 3Ma.-% beträgt, insbesondere 2,5 bis 3,0%.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz von Kalium enthaltenden Verbindungen in Form von K₂O-reichem Bypaßstaub erfolgt.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abkühlgradient 200 bis 300K/min beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Klinker Abbinderegler wie Gips, Halbhydrat und/oder Calciumsulfat zugesetzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalkstandard I zwischen 86 und 90 liegt, vorzugsweise zwischen 86 und 88.