DE102019214460A1 - Cement, method of making cement and method of making concrete - Google Patents

Cement, method of making cement and method of making concrete Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zement, umfassend Portlandzementklinker und Hüttensand und getemperten Hydrotalkit und Calciumcarbonat und/oder Calciumsulfat.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Zement und ein Verfahren zur Herstellung von Beton.The invention relates to a cement comprising Portland cement clinker and slag sand and tempered hydrotalcite and calcium carbonate and / or calcium sulfate. The invention further relates to a method for producing cement and a method for producing concrete.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zement, ein Verfahren zur Herstellung von Zement und ein Verfahren zur Herstellung von Beton.The invention relates to a cement, a method for producing cement and a method for producing concrete.

Aus dem Stand der Technik ist Portlandzement allgemein bekannt, welcher aus Portlandzementklinker und Kalk oder Anhydrit hergestellt wird. Portlandzement besteht aus ca. 58 % bis 66 % Calciumoxid (CaO), 18 % bis 26 % Siliziumdioxid (SiO2), 4 % bis 10 % Aluminiumoxid (Al2O3) und 2 % bis 5 % Eisenoxid (Fe2O3).Portland cement, which is produced from Portland cement clinker and lime or anhydrite, is generally known from the prior art. Portland cement consists of approx. 58% to 66% calcium oxide (CaO), 18% to 26% silicon dioxide (SiO 2 ), 4% to 10% aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and 2% to 5% iron oxide (Fe 2 O 3 ).

Es ist allgemein bekannt, dass bei der Produktion von einer Tonne Portlandzementklinker rohstoffbedingt und thermisch bedingt ca. 0,85 Tonnen Kohlenstoffdioxid emittiert werden. Aufgrund dieser hohen spezifischen CO2-Emission hat die Zementherstellung weltweit einen hohen Anteil am globalen CO2-Ausstoß.It is common knowledge that the production of one ton of Portland cement clinker emits approx. 0.85 tons of carbon dioxide due to raw materials and thermal effects. Because of these high specific CO 2 emissions, cement production worldwide has a high share of global CO 2 emissions.

Eine Anwendung nachhaltiger, CO2-armer Zemente und eine Steigerung einer Dauerhaftigkeit von Beton sind wesentliche Ziele in der Betonherstellung. Hierfür eignen sich besonders Zemente mit einem hohen Hüttensandanteil, so genannte Hochofenzemente, wobei Portlandzementklinker mit feingemahlenem Hüttensand und einem Abbinderegler vermischt wird. Eine hydraulische Reaktivität des Hüttensandes ist jedoch geringer als die des Portlandzements, so dass besonders eine Frühfestigkeit der mit hüttensandhaltigen Zementen hergestellten Betone niedriger ist.The use of sustainable, low-CO 2 cements and an increase in the durability of concrete are essential goals in concrete production. Cements with a high proportion of blast furnace slag, so-called blast furnace cements, are particularly suitable for this, whereby Portland cement clinker is mixed with finely ground blast furnace slag and a setting regulator. However, the hydraulic reactivity of slag sand is lower than that of Portland cement, so that the early strength of concretes made with slag-containing cements is lower.

Um die Reaktivität des Hüttensandes zu erhöhen, werden üblicherweise eine Mahlfeinheit und chemische Zusammensetzung der Hüttensande sowie ein pH-Wert in einer wässrigen Phase eines Zementleims gezielt modifiziert. Eine Steigerung der Mahlfeinheit ist jedoch mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Auch Verarbeitungseigenschaften des Zements und daraus hergestellter Betone werden durch eine stark erhöhte Mahlfeinheit negativ beeinflusst. Oftmals wird eine Robustheit der Betonherstellung dadurch eingeschränkt. Ein Zusatz von chemischen Beschleunigern zur Steigerung der Reaktivität von Portlandzement ist allgemein üblich. Jedoch ist eine Erhöhung der Reaktivität des Hüttensandes im Hochofenzement mit diesen chemischen Beschleunigern nicht möglich. Hohe Frühfestigkeiten sind vor allem in der Betonfertigteilproduktion von zentraler Bedeutung. Durch die relativ langsame Festigkeitsentwicklung von Hochofenzementen werden diese in der Betonfertigteilindustrie kaum eingesetzt.In order to increase the reactivity of the blast furnace slag, a grinding fineness and chemical composition of the blast furnace slag as well as a pH value in an aqueous phase of a cement paste are usually modified in a targeted manner. However, an increase in the fineness of the grinding is associated with a high expenditure of energy. The processing properties of the cement and the concretes made from it are also negatively influenced by a greatly increased grinding fineness. This often limits the robustness of concrete production. It is common practice to add chemical accelerators to increase the reactivity of Portland cement. However, it is not possible to increase the reactivity of the slag sand in the blast furnace cement with these chemical accelerators. High early strengths are of key importance, especially in the production of precast concrete parts. Due to the relatively slow strength development of blast furnace cements, they are rarely used in the precast concrete industry.

Des Weiteren ist aus der JP 2001 089 211 A ein Verfahren zur Herstellung eines Zements oder Mörtels bekannt, wobei den Bestandteilen des Zements oder Mörtels ein Modifikator hinzugefügt wird, welcher Hydrotalkit oder Hydrotalkit und Hochofenschlacke umfasst.Furthermore, from the JP 2001 089 211 A a method for producing a cement or mortar is known, wherein a modifier is added to the constituents of the cement or mortar which comprises hydrotalcite or hydrotalcite and blast furnace slag.

Auch die US 7,879,146 B2 beschreibt ein Verfahren zum Steuern einer Freisetzung eines Gemisches in einer Zusammensetzung auf Zementbasis, wobei zunächst eine Einlagerung des Gemisches in ein geschichtetes Doppelhydroxid oder eine Mischung davon erfolgt, um eine Formulierung mit kontrollierter Freisetzung zu bilden, und anschließend ein Hinzufügen der Formulierung mit kontrollierter Freisetzung zu einem Material auf Zementbasis in einer Menge von 0,2 % bis 10 %, bezogen auf die Masse des zementbasierten Materials, erfolgt. Das Material auf Zementbasis umfasst Zement, Portlandzement, Mörtel oder Beton. Das geschichtete Doppelhydroxid umfasst natürlich vorkommendes Hydrotalkit.Also the US 7,879,146 B2 describes a method of controlling a release of a mixture in a cement-based composition, first embedding the mixture in a layered double hydroxide or mixture thereof to form a controlled release formulation and then adding the controlled release formulation to it a cement-based material in an amount of 0.2% to 10%, based on the mass of the cement-based material. The cement-based material includes cement, portland cement, mortar, or concrete. The layered double hydroxide includes naturally occurring hydrotalcite.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Zement, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung von Zement und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung von Beton anzugeben.The invention is based on the object of specifying a cement which is improved compared to the prior art, a method for producing cement which is improved compared to the prior art and a method for producing concrete which is improved compared to the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Zement gelöst, welcher die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung von Zement, welches die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale aufweist, und mit einem Verfahren zur Herstellung von Beton, welches die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention with a cement which has the features specified in claim 1. The object is further achieved according to the invention with a method for producing cement, which has the features specified in claim 5, and with a method for producing concrete, which has the features specified in claim 9.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Der erfindungsgemäße Zement umfasst Portlandzementklinker, Hüttensand und zusätzlich einen getemperten Hydrotalkit. Weiterhin umfasst der Zement Calciumcarbonat und/oder Calciumsulfat.The cement according to the invention comprises Portland cement clinker, slag sand and, in addition, a tempered hydrotalcite. The cement further comprises calcium carbonate and / or calcium sulfate.

Beispielsweise beträgt ein Masseanteil des Portlandzementklinkers am Zement 5 % bis 80 %, ein Masseanteil des Calciumcarbonats 0 % bis 80 %, ein Masseanteil des Calciumsulfats 0 % bis 20 %, ein Masseanteil des Hüttensandes 5 % bis 95 % und ein Masseanteil des getemperten Hydrotalkits 0,5 % bis 20 %.For example, a mass fraction of the Portland cement clinker in the cement is 5% to 80%, a mass fraction of the calcium carbonate 0% to 80%, a mass fraction of the calcium sulfate 0% to 20%, a mass fraction of the slag sand 5% to 95% and a mass fraction of the tempered hydrotalcite 0 , 5% to 20%.

Der getemperte Hydrotalkit, d. h. getempertes Magnesium-Aluminium-Hydroxidcarbonat, führt zu einer signifikanten Steigerung einer Reaktivität und einer Frühfestigkeit von hüttensandhaltigem Zement. Während der Hydration von hüttensandhaltigen Zementen entstehen hydrotalkitähnliche Hydratationsprodukte. Der hinzugefügte getemperte Hydrotalkit wirkt dabei als Impfkristall, wodurch eine Verlagerung von gelöstem Magnesiums und Aluminium vom Hüttensandpartikel zum Impfkristall ermöglicht wird. Die Verlagerung ist vorteilhaft für weitere Korrosionsprozesse am Hüttensandpartikel und fördert damit dessen Reaktivität. Dabei wird eine Bildung von Hydratphasen derart beeinflusst, dass die Reaktivität von hüttensandhaltigen Zementen deutlich gesteigert werden kann.The tempered hydrotalcite, ie tempered magnesium aluminum hydroxide carbonate, leads to a significant increase in the reactivity and early strength of cement containing slag. During the hydration of cements containing slag, hydration products similar to hydrotalcite are formed. The added tempered hydrotalcite acts as a seed crystal, causing a displacement of dissolved magnesium and Aluminum is made possible from the blast furnace slag particle to the seed crystal. The shift is advantageous for further corrosion processes on the slag sand particles and thus promotes their reactivity. The formation of hydrate phases is influenced in such a way that the reactivity of cements containing slag sand can be significantly increased.

Die Erhöhung der Reaktivität der hüttensandhaltigen Zemente ist mit einer Erhöhung der Frühfestigkeit der mit diesen Zementen hergestellten Betone gekoppelt. Durch den Einsatz von getempertem Hydrotalkit als Impfkristall ist es somit möglich, vermehrt hüttensandhaltige Zemente einzusetzen. Besonders im Bereich von Fertigteilbetonen kann ein Einsatz derartiger CO2-armer und nachhaltiger Zemente signifikant gesteigert werden.The increase in the reactivity of the cements containing slag is coupled with an increase in the early strength of the concretes produced with these cements. Through the use of tempered hydrotalcite as a seed crystal, it is possible to use more cements containing slag sand. Particularly in the area of precast concrete, the use of such low-CO 2 and sustainable cements can be significantly increased.

In einer möglichen Ausgestaltung des Zements beträgt ein Masseanteil des getemperten Hydrotalkits 0,5 % bis 20 % bezogen auf die Gesamtmasse des Zements. Ein derartiger Anteil hat sich als besonders zielführend hinsichtlich der Erhöhung der Reaktivität und Frühfestigkeit des Zements herausgestellt.In one possible embodiment of the cement, a mass fraction of the tempered hydrotalcite is 0.5% to 20% based on the total mass of the cement. Such a proportion has proven to be particularly effective in terms of increasing the reactivity and early strength of the cement.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Zements weist der getemperte Hydrotalkit ein molares Verhältnis von Magnesium zu Aluminium in einem Bereich von 3:1 bis 1:1 auf. Auch derart niedrige Verhältnisse von Magnesium zu Aluminium wirken sich positiv auf die Erhöhung der Reaktivität und Frühfestigkeit des Zements aus.In a further possible embodiment of the cement, the tempered hydrotalcite has a molar ratio of magnesium to aluminum in a range from 3: 1 to 1: 1. Even such low magnesium to aluminum ratios have a positive effect on increasing the reactivity and early strength of the cement.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Zements ist der getemperte Hydrotalkit in einem Temperaturbereich von 300 °C bis 600 °C getempert. Durch ein Tempern eines Hydrotalkits in diesem Temperaturbereich wird eine Wirksamkeit desselben verbessert, so dass die Oberflächen der Hüttensandpartikel zuverlässig freigehalten werden können und dadurch die Reaktivität des Hüttensandes mit besonders geringem Einsatz an getempertem Hydrotalkit erhöht werden kann.In a further possible embodiment of the cement, the tempered hydrotalcite is tempered in a temperature range from 300 ° C to 600 ° C. Tempering a hydrotalcite in this temperature range improves its effectiveness, so that the surfaces of the blast furnace slag particles can be reliably kept free and the reactivity of the blast furnace slag can be increased with particularly little use of tempered hydrotalcite.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Zement werden Portlandzementklinker und Hüttensand und Calciumcarbonat und/oder Calciumsulfat zu einem Zwischenprodukt verarbeitet. Dem Zwischenprodukt wird getemperter Hydrotalkit zugegeben.In the method according to the invention for producing cement, Portland cement clinker and blast furnace slag and calcium carbonate and / or calcium sulfate are processed into an intermediate product. Tempered hydrotalcite is added to the intermediate product.

Durch die Zugabe des getemperten Hydrotalkits wird eine signifikante Steigerung der Reaktivität und Frühfestigkeit von hüttensandhaltigem Zement erreicht. Während der Hydration von hüttensandhaltigen Zementen entstehen hydrotalkitähnliche Hydratationsprodukte. Der hinzugefügte getemperte Hydrotalkit wirkt dabei als Impfkristall, wodurch eine räumliche Verlagerung von gelöstem Magnesium und Aluminium vom Hüttensandpartikel zum Impfkristall ermöglicht wird. Die räumliche Verlagerung ist vorteilhaft für weitere Korrosionsprozesse am Hüttensandpartikel und fördert damit dessen Reaktivität. Dabei wird eine Bildung von Hydratphasen derart beeinflusst, dass die Reaktivität von hüttensandhaltigen Zementen deutlich gesteigert werden kann.The addition of the tempered hydrotalcite significantly increases the reactivity and early strength of cement containing slag. During the hydration of cements containing slag, hydration products similar to hydrotalcite are formed. The added tempered hydrotalcite acts as a seed crystal, which enables a spatial shift of dissolved magnesium and aluminum from the blast furnace slag to the seed crystal. The spatial shift is advantageous for further corrosion processes on the slag sand particles and thus promotes their reactivity. The formation of hydrate phases is influenced in such a way that the reactivity of cements containing slag sand can be significantly increased.

In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Zugabe des getemperten Hydrotalkits derart, dass ein Masseanteil des Zements 80 % bis 99,5 % des Zwischenprodukts beträgt und ein Masseanteil des getemperten Hydrotalkits 0,5 % bis 20 % beträgt. Derartige Masseanteile haben sich als besonders zielführend hinsichtlich der Erhöhung der Reaktivität und Frühfestigkeit des Zements herausgestellt.In one possible embodiment of the method, the tempered hydrotalcite is added in such a way that a mass fraction of the cement is 80% to 99.5% of the intermediate product and a mass fraction of the tempered hydrotalcite is 0.5% to 20%. Such mass fractions have proven to be particularly effective in terms of increasing the reactivity and early strength of the cement.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird ein getemperter Hydrotalkit, aufweisend ein molares Verhältnis von Magnesium zu Aluminium in einem Bereich von 3:1 bis 1:1, zugegeben. Derart niedrige Verhältnisse von Magnesium zu Aluminium wirken sich positiv auf die Erhöhung der Reaktivität und Frühfestigkeit des Zements aus.In a further possible embodiment of the method, a tempered hydrotalcite having a molar ratio of magnesium to aluminum in a range from 3: 1 to 1: 1 is added. Such low magnesium to aluminum ratios have a positive effect on increasing the reactivity and early strength of the cement.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Herstellung des getemperten Hydrotalkits ein Hydrotalkit in einem Temperaturbereich von 300 °C bis 600 °C getempert. Ein Tempern eines Hydrotalkits in diesem Temperaturbereich bewirkt die Erzeugung eines getemperten Hydrotalkits, welcher besonders viele und wirksame Hydrotalkit-Impfkristalle umfasst, so dass die Oberflächen der Hüttensandpartikel zuverlässig freigehalten werden können und dadurch die Reaktivität des Hüttensandes mit geringem Einsatz an getempertem Hydrotalkit erhöht werden kann. Insbesondere erfolgt das Tempern hierbei bis zum Erreichen einer Massekonstanz, beispielsweise mindestens aber eine Stunde je 100 Gramm Hydrotalkit. Durch diese Behandlung werden im Hydrotalkit (Mg6Al2[(OH)16|CO3]·4H2O) adsorbiertes und gebundenes Wasser, Hydroxid- (OH) und Karbonationen (CO3) abgegeben. Damit ist die Möglichkeit gegeben, dass die strukturelle Störung des Hydrotalkits infolge der Vorbehandlung, das heißt einer (Teil-) Entwässerung und/oder (Teil-) Dekarbonatisierung, zu einer Rekristallisation des Hydrotalkits führt. Diese Rekristallisation wirkt dann als Kristallisationshilfe bzw. Kristallisationskeim für den Hydrotalkit, der sich während der Hydratation von Hüttensandzementen ausbildet.In a further possible embodiment of the method, a hydrotalcite is tempered in a temperature range from 300.degree. C. to 600.degree. C. to produce the tempered hydrotalcite. Tempering a hydrotalcite in this temperature range produces a tempered hydrotalcite, which comprises a particularly large number of effective hydrotalcite seed crystals, so that the surfaces of the blast furnace slag particles can be reliably kept free and thus the reactivity of the blast furnace slag can be increased with little use of tempered hydrotalcite. In particular, the tempering takes place here until a constant mass is reached, for example at least one hour per 100 grams of hydrotalcite. This treatment releases adsorbed and bound water, hydroxide (OH) and carbonate ions (CO 3 ) in the hydrotalcite (Mg 6 Al 2 [(OH) 16 | CO 3 ] · 4H 2 O). This gives the possibility that the structural disruption of the hydrotalcite as a result of the pretreatment, i.e. (partial) dehydration and / or (partial) decarbonation, leads to recrystallization of the hydrotalcite. This recrystallization then acts as a crystallization aid or crystallization nucleus for the hydrotalcite, which forms during the hydration of slag sand cements.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Beton werden hüttensandhaltiger Zement und zumindest ein Zuschlagstoff und getemperter Hydrotalkit und zumindest eine Flüssigkeit miteinander vermengt.In the method according to the invention for producing concrete, cement containing slag and at least one aggregate and tempered hydrotalcite and at least one liquid are mixed with one another.

Durch die Zugabe des getemperten Hydrotalkits wird eine signifikante Steigerung einer Reaktivität und einer Frühfestigkeit von hüttensandhaltigem Zement und somit auch des Betons erreicht. Während der Hydration von hüttensandhaltigen Zementen entstehen hydrotalkitähnliche Hydratationsprodukte. Der hinzugefügte getemperte Hydrotalkit wirkt dabei als Impfkristall, wodurch eine räumliche Verlagerung von gelöstem Magnesium und Aluminium vom Hüttensandpartikel zum Impfkristall ermöglicht wird. Die räumliche Verlagerung ist vorteilhaft für weitere Korrosionsprozesse am Hüttensandpartikel und fördert damit dessen Reaktivität. Durch den Einsatz von getempertem Hydrotalkit als Impfkristalle ist es somit möglich, vermehrt hüttensandhaltige Zemente für die Betonherstellung einzusetzen. Besonders im Bereich von Fertigteilbetonen kann ein Einsatz derartiger CO2-armer und nachhaltiger Zemente signifikant gesteigert werden. Auch ist eine nachträgliche Zugabe des getemperten Hydrotalkits zu bereits fertigen hüttensandhaltigen Zement- oder Betonmischungen möglich.By adding the tempered hydrotalcite, a significant increase in the reactivity and early strength of cement containing slag and thus also of concrete is achieved. During the hydration of cements containing slag, hydration products similar to hydrotalcite are formed. The added tempered hydrotalcite acts as a seed crystal, which enables a spatial shift of dissolved magnesium and aluminum from the blast furnace slag to the seed crystal. The spatial shift is advantageous for further corrosion processes on the slag sand particles and thus promotes their reactivity. The use of tempered hydrotalcite as seed crystals makes it possible to use more cements containing slag sand for concrete production. Particularly in the area of precast concrete, the use of such low-CO 2 and sustainable cements can be significantly increased. Subsequent addition of the tempered hydrotalcite to already finished cement or concrete mixes containing slag sand is also possible.

In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Zugabe des getemperten Hydrotalkits derart, dass ein Masseanteil des Zements zwischen 80 % und 99,5 % und ein Masseanteil des getemperten Hydrotalkits zwischen 0,5 % und 20 % betragen. Mit derartigen Anteilen kann eine besonders große Erhöhung der Reaktivität und Frühfestigkeit des Betons erreicht werden. In one possible embodiment of the method, the tempered hydrotalcite is added in such a way that a mass fraction of the cement is between 80% and 99.5% and a mass fraction of the tempered hydrotalcite is between 0.5% and 20%. With such proportions, a particularly large increase in the reactivity and early strength of the concrete can be achieved.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing.

Darin zeigt:

  • 1 schematisch Wärmefreisetzungsmengen unterschiedlicher Zemente in Abhängigkeit einer Reaktionszeit.
It shows:
  • 1 Schematic heat release rates of different cements depending on a reaction time.

In der einzigen 1 ist ein Diagramm dargestellt, welches Wärmefreisetzungsmengen Q unterschiedlicher Zemente in Abhängigkeit einer Reaktionszeit t während ihrer Hydratation darstellt.In the only one 1 is a diagram showing what amounts of heat release Q different cements depending on a reaction time t represents during their hydration.

Es sind verschiedene Wärmefreisetzungsverläufe Q1(t) bis Q5(t) dargestellt, welche eine Wärmefreisetzung der unterschiedlichen Zemente in Abhängigkeit der Reaktionszeit t während ihrer Hydratation zeigen.There are different heat release processes Q1 (t) to Q5 (t) shown, which a heat release of the different cements depending on the reaction time t show during their hydration.

Hierbei zeigt ein erster Wärmefreisetzungsverlauf Q1(t) die Wärmefreisetzung eines gewöhnlichen Portlandzements, welcher aus Portlandzementklinker und Kalk oder Anhydrit gebildet ist und der Art CEM I gemäß der Norm DIN-EN 197-1:2018-11 entspricht.This shows a first heat release curve Q1 (t) the heat release of an ordinary Portland cement, which is formed from Portland cement clinker and lime or anhydrite and corresponds to type CEM I according to the standard DIN-EN 197-1: 2018-11.

Ein zweiter Wärmefreisetzungsverlauf Q2(t) zeigt die Wärmefreisetzung eines Kompositzements, welcher Portlandzementklinker, Calciumcarbonat und/oder Calciumsulfat und einen Masseanteil von 25 % Hüttensand, bezogen auf die Gesamtmasse des Kompositzements, umfasst und der Art CEM III/B gemäß der Norm DIN-EN 197-1:2018-11 entspricht.A second heat release course Q2 (t) shows the heat release of a composite cement, which includes Portland cement clinker, calcium carbonate and / or calcium sulfate and a mass fraction of 25% blast furnace slag, based on the total mass of the composite cement, and type CEM III / B according to the standard DIN-EN 197-1: 2018-11 corresponds to.

Ein dritter Wärmefreisetzungsverlauf Q3(t) zeigt die Wärmefreisetzung eines Kompositzements, welcher dem zuvor beschriebenen Kompositzement der Art CEM III/B gemäß der Norm DIN-EN 197-1:2018-11 entspricht, welchem jedoch zusätzlich getemperter Hydrotalkit, aufweisend ein molares Verhältnis von Magnesium zu Aluminium von 2:1, zugegeben ist. Ein Masseanteil des getemperten Hydrotalkits an einer gesamten Zementmasse beträgt 5 %.A third heat release course Q3 (t) shows the heat release of a composite cement, which corresponds to the previously described composite cement of type CEM III / B according to the standard DIN-EN 197-1: 2018-11 corresponds to which, however, additionally tempered hydrotalcite, having a molar ratio of magnesium to aluminum of 2: 1, is added. A mass fraction of the tempered hydrotalcite in a total cement mass is 5%.

Ein vierter Wärmefreisetzungsverlauf Q4(t) zeigt die Wärmefreisetzung eines Kompositzements, welcher dem zuvor beschriebenen Kompositzement der Art CEM III/B gemäß der Norm DIN-EN 197-1:2018-11 entspricht, welchem jedoch zusätzlich getemperter Hydrotalkit, aufweisend ein molares Verhältnis von Magnesium zu Aluminium von 4:1, zugegeben ist. Ein Masseanteil des getemperten Hydrotalkits an einer gesamten Zementmasse beträgt 10 %.A fourth heat release course Q4 (t) shows the heat release of a composite cement, which corresponds to the previously described composite cement of type CEM III / B according to the standard DIN-EN 197-1: 2018-11 corresponds to which, however, additionally tempered hydrotalcite, having a molar ratio of magnesium to aluminum of 4: 1, is added. A mass fraction of the tempered hydrotalcite in a total cement mass is 10%.

Ein fünfter Wärmefreisetzungsverlauf Q5(t) zeigt die Wärmefreisetzung eines Kompositzements, welcher dem zuvor beschriebenen Kompositzement der Art CEM III/B gemäß der Norm DIN-EN 197-1:2018-11 entspricht, welchem jedoch zusätzlich nicht getemperter Hydrotalkit, aufweisend ein molares Verhältnis von Magnesium zu Aluminium von 4:1, zugegeben ist. Ein Masseanteil des nicht getemperten Hydrotalkits an einer gesamten Zementmasse beträgt 10 %.A fifth heat release course Q5 (t) shows the heat release of a composite cement, which corresponds to the previously described composite cement of type CEM III / B according to the standard DIN-EN 197-1: 2018-11 corresponds to which, however, hydrotalcite which has not been annealed and has a molar ratio of magnesium to aluminum of 4: 1 is added. A mass fraction of the non-tempered hydrotalcite in a total cement mass is 10%.

Es ist bekannt, dass ein Anstieg einer Wärmefreisetzung bei einer Aushärtung von Zement direkt mit einer Entwicklung einer Frühfestigkeit des Zements korreliert.It is known that an increase in heat release during the hardening of cement correlates directly with a development in the early strength of the cement.

Es ist klar ersichtlich, dass die Zugabe von getempertem Hydrotalkit mit einem Masseanteil von 5 % zu einem Kompositzement entsprechend CEM III/B die Wärmefreisetzung und damit die Reaktivität des Zementes deutlich beschleunigt.It can be clearly seen that the addition of tempered hydrotalcite with a mass fraction of 5% to a composite cement according to CEM III / B significantly accelerates the heat release and thus the reactivity of the cement.

Wie ein Vergleich der Wärmefreisetzungsverläufe Q1(t) und Q3(t) zeigt, ist innerhalb der ersten 15 Stunden der Reaktion die Wärmefreisetzung sogar höher als in einem hochreaktiven normalen Portlandzement entsprechend CEM I ohne Hüttensandanteil.Like a comparison of the heat release processes Q1 (t) and Q3 (t) shows, the heat release is even higher within the first 15 hours of the reaction than in a highly reactive normal Portland cement according to CEM I without blast furnace slag.

Wie ein Vergleich der Wärmefreisetzungsverläufe Q2(t) und Q3(t) zeigt, ist zum Zeitpunkt t1, d. h. nach 10 h Reaktionszeit t, die Wärmefreisetzungsmenge Q3 im Kompositzement mit einem Masseanteil von 5% getemperten Hydrotalkit mehr als doppelt so hoch als die Wärmefreisetzungsmenge Q2 im Kompositzement entsprechend CEM III/B ohne Hydrotalkit.Like a comparison of the heat release processes Q2 (t) and Q3 (t) shows is at the time t1 , ie after a reaction time of 10 h t , the amount of heat released Q3 in the composite cement with a mass fraction of 5% tempered hydrotalcite more than twice as high as the amount of heat released Q2 in composite cement according to CEM III / B without hydrotalcite.

Weiterhin ist aus einem Vergleich der Wärmefreisetzungsverläufe Q3(t) und Q4(t) erkennbar, dass ein Kompositzement mit einem getemperten Hydrotalkit mit einem geringen molaren Verhältnis von Magnesium zu Aluminium schneller reagiert und aushärtet als ein Kompositzement mit einem getemperten Hydrotalkit mit einem höheren Verhältnis von Magnesium zu Aluminium.Furthermore, from a comparison of the heat release processes Q3 (t) and Q4 (t) It can be seen that a composite cement with a tempered hydrotalcite with a low molar ratio of magnesium to aluminum reacts and hardens faster than a composite cement with a tempered hydrotalcite with a higher ratio of magnesium to aluminum.

Keine Beschleunigung oder sogar eine Verzögerung der Reaktionsfreudigkeit wird bei einer Zugabe von nicht getempertem Hydrotalkit zu dem Kompositzement entsprechend CEM III/B erreicht, wie der fünfte Wärmefreisetzungsverlauf Q5(t) im Vergleich mit den Wärmefreisetzungsverläufen Q2(t) bis Q4(t) zeigt.No acceleration or even a delay in responsiveness is achieved with the addition of non-tempered hydrotalcite to the composite cement according to CEM III / B, like the fifth heat release process Q5 (t) in comparison with the heat release processes Q2 (t) to Q4 (t) shows.

Dies zeigt, dass die Zugabe von getempertem Hydrotalkit eine deutliche Erhöhung der Reaktivität von Kompositzement entsprechend CEM III/B hervorruft.This shows that the addition of tempered hydrotalcite causes a significant increase in the reactivity of composite cement according to CEM III / B.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

QQ
WärmefreisetzungsmengeAmount of heat released
Q2Q2
WärmefreisetzungsmengeAmount of heat released
Q3Q3
WärmefreisetzungsmengeAmount of heat released
Q1(t)Q1 (t)
WärmefreisetzungsverlaufHeat release process
Q2(t)Q2 (t)
WärmefreisetzungsverlaufHeat release process
Q3(t)Q3 (t)
WärmefreisetzungsverlaufHeat release process
Q4(t)Q4 (t)
WärmefreisetzungsverlaufHeat release process
Q5(t)Q5 (t)
WärmefreisetzungsverlaufHeat release process
tt
Reaktionszeitreaction time
t1t1
Zeitpunkttime

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • JP 2001089211 A [0006]JP 2001089211 A [0006]
  • US 7879146 B2 [0007]US 7879146 B2 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • DIN-EN 197-1:2018-11 [0031, 0032, 0033, 0034]DIN-EN 197-1: 2018-11 [0031, 0032, 0033, 0034]

Claims (10)

Zement, umfassend - Portlandzementklinker und - Hüttensand und - getemperten Hydrotalkit und - Calciumcarbonat und/oder - Calciumsulfat.Cement, comprising - Portland cement clinker and - Slag sand and - tempered hydrotalcite and - calcium carbonate and / or - calcium sulfate. Zement nach Anspruch 1, wobei ein Masseanteil des getemperten Hydrotalkits 0,5 % bis 20 % von einer gesamten Zementmasse beträgt.Cement after Claim 1 , wherein a mass fraction of the tempered hydrotalcite is 0.5% to 20% of a total cement mass. Zement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der getemperte Hydrotalkit ein molares Verhältnis von Magnesium zu Aluminium in einem Bereich von 3:1 bis 1:1 aufweist.Cement after Claim 1 or 2 wherein the tempered hydrotalcite has a molar ratio of magnesium to aluminum in a range from 3: 1 to 1: 1. Zement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der getemperte Hydrotalkit in einem Temperaturbereich von 300 °C bis 600 °C getempert ist.Cement according to one of the preceding claims, wherein the tempered hydrotalcite is tempered in a temperature range from 300 ° C to 600 ° C. Verfahren zur Herstellung von Zement, wobei - Portlandzementklinker und - Hüttensand und - Calciumcarbonat und/oder - Calciumsulfat zu einem Zwischenprodukt verarbeitet werden und dem Zwischenprodukt getemperter Hydrotalkit zugegeben wird.Process for the production of cement, wherein - Portland cement clinker and - Slag sand and - calcium carbonate and / or - Calcium sulphate is processed into an intermediate product and tempered hydrotalcite is added to the intermediate product. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zugabe des getemperten Hydrotalkits derart erfolgt, dass der Zement einen Masseanteil von 80 % bis 99,5 % des Zwischenprodukts und einen Masseanteil von 0,5 % bis 20 % des getemperten Hydrotalkits umfasst.Procedure according to Claim 5 , the tempered hydrotalcite being added in such a way that the cement comprises a mass fraction of 80% to 99.5% of the intermediate product and a mass fraction of 0.5% to 20% of the tempered hydrotalcite. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein getemperter Hydrotalkit, aufweisend ein molares Verhältnis von Magnesium zu Aluminium in einem Bereich von 3:1 bis 1:1, zugegeben wird.Procedure according to Claim 5 or 6th , a tempered hydrotalcite having a molar ratio of magnesium to aluminum in a range from 3: 1 to 1: 1 being added. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei zur Herstellung des getemperten Hydrotalkits ein Hydrotalkit in einem Temperaturbereich von 300 °C bis 600 °C getempert wird.Method according to one of the Claims 5 to 7th , wherein a hydrotalcite is tempered in a temperature range from 300 ° C to 600 ° C to produce the tempered hydrotalcite. Verfahren zur Herstellung von Beton, wobei - hüttensandhaltiger Zement und - zumindest ein Zuschlagstoff und - getemperter Hydrotalkit und - zumindest eine Flüssigkeit miteinander vermengt werden.Process for the production of concrete, wherein - cement containing slag and - at least one aggregate and - tempered hydrotalcite and - at least one liquid is mixed together. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Zugabe des getemperten Hydrotalkits derart erfolgt, dass ein Masseanteil des Zements zwischen 80 % und 99,5 % und ein Masseanteil des getemperten Hydrotalkits zwischen 0,5 % und 20 % betragen.Procedure according to Claim 9 , the tempered hydrotalcite being added in such a way that a mass fraction of the cement is between 80% and 99.5% and a mass fraction of the tempered hydrotalcite is between 0.5% and 20%.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019110280A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 Ecocem Materials Limited Ground granulated blast furnace slag based binder, dry and wet formulations made therefrom and their preparation methods

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