DE1066470B

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Publication number: DE1066470B
Application number: DENDAT1066470D
Authority: DE
Publication date: 1959-10-01

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschleunigung der Erhärtung von Zement und Beton, das ohne Zusatz artfremder Bestandteile nicht nur die erwünschte Beschleunigung der Erhärtung, sondern auch eine Erhöhung der Härte des Betons zu erreichen gestattet.

Es ist bekannt, daß das Abbinden und die Erhärtung von Zementen bzw. allgemein' hydraulischen Bindemitteln durch einen Vorgang bewirkt wird, der auf der Kristallisation von Hydraten aus übersättigten Lösungen beruht, wobei diese Übersättigung ihrerseits von der verringerten Löslichkeit dieser Hydrate gegenüber den wasserfreien Salzen, aus denen sie entstehen, herrührt.

Das Wachstum der sich niederschlagenden Mikrokristalle, wie z. B. die Bildung verfilzter Massen, die Vergrößerung und das Ausreifen besonders großer, isolierter Kristalle und damit der Verlauf der Erhärtung und die durch diese schließlich erzielten Eigenschaften hängen von dem Zustand der Übersättigung der den Zementkörnern benachbarten Phase ab und sind demnach von Faktoren abhängig, die geeignet sind, die Bildung verschiedener Kristalltypen einzuleiten. Daraus ergibt sich die Folgerung, daß es zweckmäßig ist, die Auflösung neuer, wasserfreier, löslicher Teilchen zu beschleunigen und dem Kristallisationsprozeß eine wachsende Beschleunigung zu geben.

Andererseits ist bekannt, daß die Auslösung einer kristallinen Niederschlagsbildung insbesondere aus übersättigtem Milieu durch die Gegenwart oder das Auftreten eines einzigen oder einer geringen Anzahl von Mikrokristallen gefördert wird, die sich vermehren und vergrößern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Niederschlagsbildung und die Vergrößerung der Mikrokristalle zu leiten und zu steuern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem hydraulischen Bindemittel oder dem Beton bzw. dessen Bestandteilen, gegebenenfalls dem Anmachwasser, vor oder während der Herstellung der Betonmischung Kristallisationskeime bzw. Abbindekeime von der Art der beim Abbinden hydraulischer Mörtel sich bildenden hydratisieren Verbindungen zugesetzt werden. Dadurch wird eine tatsächliche Impfung bewirkt, deren Effekt sich bereits während der Ausführungsarbeiten und darüber hinaus während der Anfangshärtung zeigt.

Die Kristallisationskeime können unter den Bestandteilen eines Zements der gleichen Type, der bereits begonnen hat, sich zu verfestigen, oder verwandter Typen oder schließlich auch verschiedener Zementtypen ausgewählt werden. Das optimale Gewichtsverhältnis der Kristallisationskeime ist verhält-

zur Beschleunigung der Erhärtung
von Zement und Beton

Anmelder:

Albert Knauss,
Karlsruhe-Durlach, Am Steinbruch 16

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 9. November 1955

Marius Duriez, Paris,

und Rene Lezy, Arcueil (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

nismäßig gering und beträgt größenordnungsmäßig im Mittel etwa 2%.

Die Einführung der Kristallisationskeime geschieht durch Hinzufügen von bis zur gewünschten Kornfeinheit vermahlenen Stücken von hydratisiertem Material, bei dem die Verfestigung bereits begonnen hat. Die Kornfeinheit kann die gleiche sein wie die des trockenen Zements, kann jedoch gleichwohl größer sein.

Die Vermahlung kann bequem und wirtschaftlich gleichzeitig mit der Vermahlung der gebrannten Klinker des zu behandelnden Zements erfolgen; jedoch kann die Hinzufügung der Kristallisationskeime ebenso auch in der Betonmischmaschine unter sorgfältiger Vermischung und Homogenisierung der Bestandteile vorgenommen werden. Die Zerkleinerung bzw. Vermahlung der Stücke der wassergebundenen Masse kann beispielsweise unmittelbar auf dem Bauplatz auf nassem Wege vor sich gehen, wobei die Zerkleinerung des wassergebundenen Bindemittels mit einer bestimmten Menge Wasser durchgeführt wird. Auf diese Weise wird eine wirtschaftliche Trocknung ermöglicht und eine Suspension mit größter Feinheit der Feststoffe und großer Wirksamkeit erzielt.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung schnell erhärtender Kalkmörtel vorgeschlagen worden, wobei für sich hergestellte Aluminate des Calciums oder anderer, ähnlich wirkender Basen durch Vermählen oder sonstige mechanische Mischmethoden dem Mör-

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telmaterial beigemischt werden. Es handelt sich hierbei um einfache Mischungen von gelöschtem Kalk mit Bestandteilen von Zement, wie Calciumaluminaten, die in nicht abgebundenem wasserfreiem Zustand hinzugefügt werden und als hydraulische Bestandteile der : Bindemittelmischung eine Beschleunigung der Abbindung bewirken. Demgegenüber schlägt die Erfindung den Zusatz von zuvor hydratisierten, also hydraulisch trägen Kristallisationskeimen zu hydraulischen Mörteln, beispielsweise Zementen, vor mit dem Ziel, die Bildung der mikrokristallinen Struktur und der eingelagerten Gele beim Abbindevorgang zu lenken.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in verschiedenen Ausführungsformen verwirklicht werden. Beispielsweise können Kristallisationskeime aus einem Zement gleichen als auch aus einem solchen anderen Ursprungs zugesetzt werden; außer der Herkunft des Zements kann auch die Hydratationstemperatur bei der Bildung der Keime von Einfluß auf die damit erzielten Wirkungen sein.

Die aus einem Zement des gleichen Ursprungs stammenden Kristallisationskeime, der bereits vorher und unter normaler Gebrauchstemperatur begonnen hat, sich zu verfestigen, bewirken eine Verbesserung der Erhärtung, indem sie diese beschleunigen und die Härte erhöhen. Bei Verwendung eines ausgewählten Stammes von Kristallisationskeimen aus der gleichen Zementsorte kann man eine bevorzugte Kristallisation besonders wirksamer Bestandteile erzielen, die die Erhärtung hinsichtlich Geschwindigkeit und Festigkeit maßgeblich beeinflussen; bei Verwendung eines solchen Stammes von Kristallisationskeimen der gleichen Art, bei deren Erzeugung wenig erhöhte Temperaturen angewendet worden sind, wobei jedoch eine bestimmte Temperaturgrenze nicht überschritten wurde, ist es mögleih, das.Kristallsystem und die Anordnung der Kristalle zueinander tiefgreifend und in günstiger Weise abzuändern.

Bei Verwendung von Kristallisationskeimen eines Stammes von anderer Natur als die des verwendeten Bindemittels, die im Bedarfsfalle durch Hydratisieren von auf bestimmten Temperaturen gehaltenem Material erzeugt werden, werden gesteuerte Kristallbildungsvorgänge angeregt, die einer ungeregelten Bildung von Kristallen vorbeugen; diese bewirken bei ihrem Wachstum und ihrer Vergrößerung eine allmählich steigende Härtung des Mörtels bzw. Betons.

Es ist naturgemäß auch möglich, gleichzeitig Kristallisationskeime verschiedener Herkunft und mit verschiedener Vorbehandlung zur Anwendung zu bringen, um ein Höchstmaß der angestrebten Wirkungen zu erzielen.

Die neue Behandlungsweise unterscheidet sich grundsätzlich von der Behandlung von Bindemitteln bzw. Mörteln mittels bestimmter fremder Zusätze, wie Chlorcalcium, Natriumsulfat, Seesalz, Natriumcarbonat und gegebenenfalls Gips, bei denen die angestrebten Wirkungen engstens von der zugesetzten Menge abhängen und bei denen die nachträglich sich einstellenden Wirkungen in manchen Fällen im Hinblick auf die späteren Eigenschaften des Betons, z. B. Wachsen des Schwindmaßes, Haarrißbildung, das Phänomen des falschen Abbindens und verschiedene andere mögliche Schädigungen, schädlich sind.

Eine charakteristische Eigenschaft der Kristallisationskeime ist demgegenüber ihre Eignung, die Erhärtung des Betons bzw. Mörtels zu beschleunigen, ohne das Schwindmaß an der Luft und das Aufblähen unter Wasser zu erhöhen.

Das Prinzip der Anwendung von Kristallisationskeimen auf hydraulische Bindemittel ist im Laboratorium an sich bekannt und in anderem Zusammenhang erprobt worden. Bisher wurde davon jedoch nur Gebrauch gemacht, um Störungen in Kristallisationssystemen hervorzurufen. Das ist z. B. der Fall, wenn man zum Zwecke der Untersuchung eine Veränderung von Aluminatzementen durch Einführung schädlicher Keime, insbesondere solcher des Tricalcium-Aluminat-Hydrats des kubischen Systems in Mörtel und Beton auf der Basis von Aluminatzementen hervorruft.

Die Erfindung besteht nur darin, diese Kenntnis der Wirkung der Keime nutzbar zu machen, jedoch im Gegensatz zu den bekannten Maßnahmen, nicht um störende Wirkungen in den Kristallisationssystemen hervorzurufen, sondern um die Kristallisation in einem günstigen Sinne hervorzurufen und zu leiten unter dem Gesichtspunkt, die Erhärtung zu beschleunigen und eine gute Endfestigkeit zu erzielen.

Die erfindungsgemäße Maßnahme erweist sich auch bei einer Prüfung an Hand theoretischer Überlegungen als sinnvoll, unabhängig davon, ob diese Überlegungen auf die Kristalloidtheorie oder auf die Kolloidaltheorie der Erhärtung von Zement gestützt sind. Beiden Theorien wird in der Tat durchaus Genüge geleistet, wie eine Untersuchung elektronenmikroskopischer Aufnahmen zeigt. Bei außerordentlich starker Vergrößerung zeigen sich nämlich bei untersuchten Photographien nebeneinander Anzeichen der Kristallisation und der Gelbildung; es ergibt sich daraus, daß Gele in die verfilzten Systeme aus Nadeln und Kristallen einzudringen vermögen. Einerseits kann nun die Kristallisation einer übersättigten Lösung hervorgerufen werden, indem man dieser ein festes Teilchen des gelösten Stoffes zuführt, andererseits kann dei Koagulation einer kolloidalen Lösung in gleicher Weise hervorgerufen werden durch die Gegenwart einer geringen Spur eines Salzes oder eines Ausflockungsmittels. In beiden Fällen genügen extrem geringe Mengen von Kristallen, Salzen oder anderen Flockungsmitteln, um durch die Masse fortschreitend die Verfestigung einer bedeutenden Menge eines wäßrigen Zementleims auszulösen.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Keime werden vorteilhaft wie folgt erhalten:

Man bereitet einen normalen Zementmörtel (250 cm³ Wasser auf 1 kg Zement), der 24 Stunden bei einer Temperatur von etwa 20° C und vollständiger Feuchtigkeitssättigung der umgebenden Luft gehalten und danach während 7 Tagen in weiches Wasser eingelegt wird. Der Formkörper wird danach in kleine Stücke gebrochen, die 5 Tage lang bei einer Temperatur von 50° C in einer belüfteten Trockenkammer verbleiben.

Die ausgetrockneten Stücke werden alsdann weiterzerkleinert und bis zur Kornfeinheit von gewöhnlichem Zement vermählen. Die auf diese Weise gebildeten Keime werden dem Mörtel oder Beton während dessen Herstellung in einer Menge von etwa 2 Gewichtsprozent, bezogen auf die angewendete Menge trockenen Zements, zugesetzt.

Kristallisationskeime auf der Basis von hydraulischem Kalk, Hochofenzement, Schlackcnzcment u. dgl., die unter diesen Bedingungen behandelt wurden, gestatten die mechanische Widerstandsfähigkeit von Bindemitteln, wie hydraulischem Kalk, künstlichem Portlandzement, Puzzolanzementen und Hochofenzementen, in beträchtlichem Maße zu steigern. Die Festigkeit nach 7 Tagen erreicht in der Tat bei hydraulischem Kalk den 4fachen, bei anderen Zemen-

ten den 1'Machen Betrag der üblicherweise zu erreichenden Festigkeit.

Die nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung bei Temperaturen von 20, 50, 100, 120 und 18O⁰C hergestellten Kristallisationskeime aus hydraulischen Kalken, Portlandzementen, Schlackenzementen, Puzzolanzementen, metallurgischen Zementen und Sulfatzementen gestatten in beträchtlichem Maße die mechanischen Eigenschaften der betreffenden Zemente zu verbessern. Es ist zweckmäßig, die Keime nur nach einer strengen Prüfung der im Kleinversuch erhaltenen Ergebnisse zu verwenden, da manche unter ihnen, z. B. solche, die bei hohen Temperaturen behandelt wurden, unter Umständen in bestimmten Zementen schädliche Wirkungen auslösen können.

Erfindungsgemäß ist es ohne weiteres möglich, Gemische von Keimen aus der gleichen oder aus verschiedenen Zementsorten zu verwenden, die bei ihrer Herstellung verschiedene Entwicklungsstadien erreicht haben.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel eines Gemisches verschieden vorbehandelter Keime wiedergegeben :

7 Tage bei einer Temperatur von 50° C
7 ,, „ „ „ „ 18° C

24 Stunden bei einer Temperatur von 18° C
6 „ „ ,, ,, „ 18° C

Das Gemisch wird in einer Menge von insgesamt 2^iO/o, bezogen auf das Gewicht des trockenen Zements, einer Mörtel- oder Betonmischung zugesetzt. Ein gewöhnlicher Portlandzement, beispielsweise ein solcher der Klasse B, dem die vorstehend beschriebenen Keime zugesetzt sind, gibt die gleichen Festigkeitswerte wie ein Zement mit hoher Anfangsfestigkeit; ein Hochofenzement mit mehr als 10% Schlacke ergibt nach der Behandlung die gleichen Festigkeitseigenschaften wie ein gewöhnlicher Hochofenzement.

Um besonders rasch die Abbindung und Erhärtung von Zementen zu beschleunigen, kann man ihnen, sei es bei der Betonbereitung, sei es vorher zum trockenen Zement, außer den Kristallisationskeimen Chlorcalcium zusetzen. In diesem Falle sind die zu erzielenden Effekte additiv, und die mechanischen Eigenschaften sind denen überlegen, die man mit dem Zement erhält, und zwar sowohl mit Chlorcalcium allein als auch mit den Kristallisationskeimen allein, und zwar bleibend.

Ferner kann auch die Verwitterung, die bei bestimmten Betonen, z. B. solchen auf der Basis von Aluminatzementen, festzustellen ist, dadurch verhindert werden, daß dem Zement während der Trockenmischung von Beton Keime zugesetzt werden, die bei niedrigen Temperaturen von größenordnungsmäßig etwa + 50° C behandelt worden sind. Auf diese Weise wird die beschleunigte Bildung von endgültig stabilen Aluminaten bewirkt.

Die Keime können dem Zement unmittelbar bereits während der Vermahlung der Zementklinker zugefügt werden; andererseits können sie auch noch während der Betonbereitung dessen Bestandteilen untermischt

5 oder dem Anmachwasser zugesetzt werden.

Schließlich ist es auch möglich, dem hydraulischen Bindemittel bzw. dem Beton außer den Keimen alle möglichen anderen Verbesserungsmittel zuzusetzen, z. B. Mittel zum Einarbeiten von Luft zur Verbesserung der Frostbeständigkeit, Mittel zur Beschleunigung der Verfestigung und Erhärtung, wie Chlorcalcium oder andere lösliche Salze, Plastifizierungsmittel zur Verbesserung der Festigkeit und alle anderen Verbesserungsmittel, wobei alle diese möglichen Zusatzstoffe nur einen geringen Prozentsatz des für die Herstellung des Betons verwendeten Zementes darstellen. Hierbei kann auch so vorgegangen werden, daß diese Mittel, wie Chlorcalcium, Calciumsulfat usw., bereits der für die Herstellung der Keime bestimmten Maße zugesetzt werden und auf diese Weise zusammen mit den Keimen der Zementmischung einverleibt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von hydraulischen Bindemitteln, wie Zement, und von Beton, dadurch gekennzeichnet, daß dem hydraulischen Bindemittel oder dem Beton bzw. dessen Bestandteilen oder dem Anmachwasser vor oder während der Herstellung der Betonmischung Kristallisationskeime bzw. Abbindekeime von der Art der beim Abbinden hydraulischer Mörtel sich bildenden hydratisieren Verbindungen zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kristallisations- bzw. Abbindekeime zementfein vermahlene Pulver von teilweise oder vollständig abgebundenen Massen aus hydraulischen Bindemitteln verwendet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationskeime gleichzeitig mit bekannten anderen Mitteln zur Verbesserung der Eigenschaften von Beton, z.B. solchen zur Verbesserung der Frostbeständigkeit, zur Erhöhung der Festigkeit oder zur Verbesserung der Plastizität, dem Beton einverleibt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationskeime dem Mörtel bzw. Beton in einer Menge von etwa 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des verwendeten hydraulischen Bindemittels, zugesetzt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 46 646.