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Verfahren zur Herstellung eines aus Hochofenschlacke und gelöschtem
Kalk bestehenden Bindemittels, insbesondere für Mörtel Für Mörtel und Putzmörtel
wird jetzt in großem Umfang aus festigkeitstechnischen Gründen statt reinem gelöschtem
Kalk ein Bindemittel verwendet, in welches Zement eingeht. Gewöhnlicherweise besteht
das Bindemittel aus einer Mischung von Zement und gelöschtem Kalk, wobei das Mengenverhältnis
im Hinblick auf die gewünschte Festigkeit des Putzmörtels festgelegt wird. In den
»Anweisungen zur schwedischen Bauordnung« wird Mörtel je nach dem in das Bindemittel
eingehenden Gehalt an Zement in die Klassen A bis D eingeteilt. Bei einem Mörtel
nach Klasse A enthält das Bindemittel 90 Gewichtsprozent Zement, bei einem Mörtel
nach Klasse B 65 Gewichtsprozent Zement, bei einem Mörtel nach Klasse C 50 Gewichtsprozent
Zement und bei einem Mörtel nach Klasse D nur Kalk. Das Bindemittel wird dem Mörtel
im allgemeinen im Verhältnis von 1 Volumteil Bindemittel und 4 Volumteil Sand beigemischt.
Die Zeit, in welcher ein zementhaltiger Mörtel nach Zubereitung ohne Herabsetzung
der Festigkeit verwendet werden kann, ist von der Abbindezeit des Zements abhängig.
Diese Zeit ist für gewöhnliche Zementsorten sehr kurz und beträgt in der Regel nur
2 bis 4 Stunden, und nach Verlauf dieser Zeit darf der Mörtel nicht mehr verwendet
werden. Das bedeutete bisher, daß Mörtel und Putzmörtel, die zementhaltige Bindemittel
enthalten, in der Regel am Bauplatz in kleinen Posten jedesmal frisch zubereitet
werden mußten. Weil im allgemeinen ausreichende Vorrichtungen zur Festlegung der
Mengenanteile im Mörtel an den Bauorten nicht vorhanden sind, ergibt sich eine beträchtliche
Unsicherheit bezüglich der Qualität des zubereiteten Mörtels. Es wird deswegen schon
lange nach einem Bindemittel für Mörtel und Putzmörtel gesucht, das bei gleicher
Festigkeit wie die zementhaltigen Bindemittel eine wesentlich längere Abbindezeit
als diese aufweist, so daß es möglich wird, den Mörtel in Mörtelfabriken zuzubereiten,
wodurch eine gleichmäßige und hohe Qualität des Mörtels sichergestellt wird.
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Als Bindemittel für Mörtel und Putzmörtel sind auch schon Mischungen
von feingemahlener Hochofenschlacke und gelöschtem Kalk vorgeschlagen worden. Solche
Bindemittel sind derart hergestellt worden, daß zerquetschte oder granulierte Hochofenschlacke
und gelöschter Kalk zusammen mit kleinen Mengen an bindezeitregelnden Substanzen,
wie z. B. Gips, in, einer geeigneten Mühle, beispielsweise einer Kugelmühle vom
Rohrmühlentyp, zusammengemahlen wurden. Der gelöschte Kalk (das Kallchydrat) muß
dabei in einer ausreichenden Menge zugesetzt werden, um dem mit dem Bindemittel
hergestellten Mörtel die gewünschte Geschmeidigkeit zu geben. Rund 50 Gewichtsprozent
Kalkhydrat sind zu diesem Zweck erforderlich. Bei Verwendung von Schlacke aus schwedischen
Hochöfen, welche einen verhältnismäßig niedrigen Gehalt an Calciumoxyd enthält im
Vergleich zu ausländischen Hochofenschlacken, erhält man ein Bindemittel, das einen
Mörtel ergibt, dessen Festigkeit nur unbedeutend größer ist als die Festigkeit eines
gewöhnlichen Kalkmörtels. Auch wenn das Bindemittel mit einer ausländischen Hochofenschlacke
mit höherem Gehalt an Calciumoxyd hergestellt wird, muß eine so große Menge an gelöschtem
Kalk zugesetzt werden, um dem fertigbereiteten Mörtel und Putzmörtel die gewünschte
Geschmeidigkeit und Bearbeitbarkeit zu geben, daß der Mörtel schlechtere Festigkeit
als ein Kalkzement mit demselben Gehalt an Kalk aufweist. Die Abbindezeit wird in
beiden Fällen zu kurz, um eine Zubereitung des Mörtels in Mörtelfabriken zu gestatten.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Bindemittels,
das aus einer Mischung von gemahlener Hochofenschlacke und gelöschtem Kalk besteht
und das für hochklassigen Mörtel und Putzmörtel
geeignet ist und
eine- ausreichend lange Abbindezeit besitzt, um eine fabrikmäßige Zubereitung des
Mörtels in größeren Posten zu gestatten. Dabei wird eine Festigkeit des Bindemittels
angestrebt, die zumindest ebenso groß ist wie die Festigkeit eines Bindemittels,
das aus einer Mischung von 50 Gewichtsprozent gelöschtem Kalk und 50 Gewichtsprozent
Zement besteht. Ein Bindemittel mit niedrigerer Festigkeit wäre für die einschlägige
Industrie ohne Interesse. Das Bindemittel muß mit anderen Worten in Mischung mit
Sand einen Mörtel ergeben, der dieselbe Festigkeit wie ein Mörtel der Klasse C ergibt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Erhärten eines
Bindemittels der fraglichen Art auf einer chemischen Reaktion zwischen der Hochofenschlacke
und dem gelöschten Kalk beruht und daß diese Reaktion gefördert wird, wenn die Hochofenschlacke
äußerst fein gemahlen wird. Gelöschter Kalk besitzt in der Regel eine Korngröße,
ausgedrückt in spezifischer Oberfläche nach- B 1 a i n e , von zumindest etwa 12
000 cm2/g, und es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Hochofenschlacke auf eine
Korngröße entsprechend einer spezifischen Oberfläche von mindestens 4000 cm2/g,
vorzugsweise 6000 bis 7000 cm2/g oder mehr, zu mahlen. Eine solche Feinmahlung der
Hochofenschlacke kann nicht in Mischung mit dem gelöschten Kalk durchgeführt werden,
weil die Kalkteilchen weich sind und eine Art Schmiermittel bilden, sondern zur
Feinmahlung der Hochofenschlacke ist ein getrennter Mahlvorgang notwendig. Ein durch
Mischung von getrennt feingemahlener Hochofenschlacke mit gelöschtem Kalk erhaltenes
Bindemittel gibt einem daraus hergestellten-Mörtel eine Festigkeit, die die Festigkeit
eines Mörtels übersteigt, welcher ein Bindemittel enthält, das in bekannter Weise
durch gemeinsames Mahlen von zerquetschter oder granulierter Hochofenschlacke mit
gelöschtem Kalk hergestellt worden ist, aber die erhaltene Festigkeitserhöhung ist
nicht besonders erheblich. Die Abbindezeit für das homogen gemischte Produkt, d.
h., die Zeit, die von der Zubereitung des Mörtels; bis dieser eine gewisse, in den
Normen festgelegte Steifheit erhalten hat, beträgt nur 3 bis 4 Stunden, diese Abbindezeit
ist viel zu kurz, um eine fabrikmäßige Herstellung von Mörtel in größeren Posten
zu gestatten.
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Gemäß der Erfindung wird eine sehr beträchtliche Erhöhung der Festigkeit
und eine sehr bedeutende Verlängerung der Abbindezeit in einer überraschend einfachen
Weise dadurch erreicht, daß im voraus feingemahlene Hochofenschlacke und gelöschter
Kalk durch kräftiges Zusammenmahlen innig gemischt werden. Dieses Zusammenmahlen
bringt keine weitere Verminderung der Korngröße der Hochofenschlacke mit sich, aber
die Körner der Hochofenschlacke und die des gelöschten Kalks werden in innigen Kontakt
miteinander gebracht, so daß die Voraussetzung für eine intensivere chemische Reaktion
zwischen den Körnern beim Verrühren mit Wasser geschaffen wird. Noch überraschender
ist aber, daß das Zusammenmahlen mit dem Kalk eine beträchtliche Verlängerung der
Abbindezeit mit sich bringt. Es hat sich herausgestellt, daß ein Zusammenmahlen
der beiden Materialkomponenten, die schoneine ausreichende Feinkörnung aufweisen,
eine Erhöhung der Festigkeit um 50 bis 100 °/o und eine 3- bis 5fache Verlängerung
der Abbindezeit mit sich bringt, was mehr als genug ist, um einen Mörtel oder Putzmörtel
mit ausreichender Lagerungsfähigkeit zu gewinnen, der mit Vorteil in einer Mörtelfabrik
hergestellt werden kann.
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Dem Bindemittel kann natürlich in an sich bekannter Weise eine kleine
Menge Gips oder ein anderes bindezeitverlängerndes Mittel zugesetzt werden. Der
Gips wird zweckmäßig den Hauptkomponenten beim Zusammenmahlen zugesetzt, gegebenenfalls
auch in im voraus feinverteilter Form.
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Die Bedeutung des Zusammenmahlens für die Festigkeit und die Abbindezeit
des Bindemittels geht aus dem folgenden Versuchsbericht hervor.
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Eine Hochofenschlacke eines schwedischen Eisenwerks, enthaltend etwa
35 Gewichtsprozent Ca0, wurde getrennt zu einer Korngröße, ausgedrückt in spezifischer
Oberfläche nach B 1 a i n e, von 6200 cm2/g gemahlen. Die hierfür erforderliche
Mahlarbeit, ausgedrückt in kWh/t, wurde gemessen. Die feingemahlene Hochofenschlacke
wurde mit einer gleichen Gewichtsmenge trockengelöschtem Kalk mit einer spezifischen
Oberfläche von etwa 12 500 cm2/g sowie mit einer kleinen Menge, etwa 3 bis 5 °/a,
feinpulverisiertem Gips homogen gemischt. Der größte Teil der so erhaltenen Mischung
wurde einer Zusammenmahlung in derselben Mühle unterworfen, in welcher das getrennte
Mahlen der Hochofenschlacke erfolgt war. Für einen ersten Posten wurde das Zusammenmahlen
so weit getrieben, daß die Zusammenmahlarbeit, ausgedrückt in kWh/t, 35 °/o der
Mahlarbeit bei der Vorfeinmahlung der Hochofenschlacke betrug, während für den zweiten
Posten die Zusammenmahlung noch weiter getrieben wurde, nämlich bis die Mahlarbeit
65 °/o dieses Wertes betrug. Von den drei verschiedenen Posten BindemittteJ wurden
eine Anzahl Probekörper hergestellt und diese Proben mit Rücksicht auf Festigkeit
gegen Druck und Biegen in verschiedenen Alterungsstufen untersucht. Das Ergebnis
dieser Proben ist in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt:
| Tabelle 1 |
| Festigkeit in kg/cm2 der aus Mörtel hergestellten Probekörper |
| Alter des Zusammenmahlarbeit kWh/t |
| Probekörpers |
| in Tagen 00/0 350/, 650j, |
| und Nächten Druck I Biegung Druck I Biegung Druck Biegung |
| 3 29,4 13,9 38,1 16,9 54,2 19,8 |
| 7 61,6 22,2 81,2 29,5 106,2 33,7 |
| 14 76,6 23,5 131,0 36,4 137,5 38,1 |
| 28 100,9 33,2 141,5 42,2 166,9 43,9 |
| 56 116,8 40,0 161,2 47,4 188,6 48,8 |
Ferner wurde die Abbindezeit gemessen. Die Abbindezeit war wie
folgt:
| Nur homogen gemischtes Produkt. . 3 bis 4 Stunden |
| Zusammengemahlenes Produkt mit |
| 35 °/o Energieverbrauch. . . . . . . . . 7 bis 8 Stunden |
| Zusammengemahlenes Produkt mit |
| 65 °/a Energieverbrauch. . . . . . . . . 10 bis 12 Stunden |
Wie aus dem vorstehenden Versuchsbericht hervorgeht, ist es möglich, durch Zusammenmahlen
mit relativ mäßigem Energieverbrauch die Festigkeit des Bindemittels zu erhöhen
und dessen Abbindezeit auf 10 Stunden und mehr zu verlängern. Es hat sich ferner
erwiesen, daß ein bereits 24 Stunden alter Mörtel, der mit einem erfindungsgemäß
hergestellten Bindemittel angemacht wurde und dessen Abbindezeit 10 Stunden beträgt,
durch »Aufarbeiten«, d. h. durch Umrühren, gegebenenfalls unter Zusatz von etwas
Wasser, wieder auf geeignete Konsistenz gebracht werden kann, ohne daß ein Festigkeitsverlust
eintritt. Ein Mörtel, der mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellt wird,
kann somit an einem Tag zubereitet und am folgenden Tag gebraucht werden und kann
dabei ohne Gefahr eines Festigkeitsverlustes mit Wasser zu der richtigen Konsistenz
aufgearbeitet werden. Das erfindungsgemäße Bindemittel eignet sich also zur Herstellung
von Mörtel in Mörtelfabriken oder in zentralen Mischstationen und beseitigt die
praktischen Schwierigkeiten, die bis jetzt mit Lieferungen von solchen zentralen
Zubereitungsstellen verbunden waren, wodurch eine wesentlich höhere Sicherheit hinsichtlich
der Qualität des Mörtels am Bauort erreicht wird. Auch in den Fällen, wo Mörtel
am Bauort zubereitet werden muß, weil nahegelegene Mörtelfabriken nicht vorhanden
sind, wird bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels eine größere Sicherheit
hinsichtlich der Qualität des Mörtels erreicht, und zwar deshalb, weil größere Posten
auf einmal zubereitet werden können, und vom Zubereitungstag übriggebliebener Mörtel
am nächsten _ Tag verwendet werden kann ohne nennenswerte Herabsetzung der Festigkeit
des Mauerwerks.
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Bezüglich der Verarbeitungseigenschaften eines Mörtels, der mit dem
Bindemittel gemäß der Erfindung angemacht worden ist, wurde von erfahrenen Maurern,
die Gelegenheit hatten, einen derartigen Mörtel oder Putzmörtel zu verarbeiten,
festgestellt, daß dieser einem Mörtel mit einem aus Kalk und Zement bestehenden
Bindemittel wesentlich überlegen ist. Auch ein Vergleich mit reinem Kalkmörtel fällt
zugunsten des neuen Bindemittels aus, weil beim Putzen die erhaltenen Flächen handwerksmäßig
besser ausgeführt werden können als mit reinem Kalkmörtel. Infolge der im Vergleich
mit zementhaltigen Mörteln beträchtlich längeren Abbindezeit ergeben sich Möglichkeiten
zur einfacheren und schnelleren Ausführung der handwerksmäßigen Arbeit. Somit können
beim Putzen verschiedene Arbeitsgänge aufeinanderfolgen, weil man den richtigen
Zeitpunkt nicht so genau abwarten muß, wie es beim Putzen mit zementhaltigen, schnell
bindendem Mörtel der Fall ist.
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Obschon das erfindungsgemäße Bindemittel besonders für Mörtel und
Putzmörtel geeignet ist, kann es mit Vorteil auch für andere Bauzwecke verwendet
werden. So kann es als Bindemittel für Mauersteine und Bauplatten, als Bindemittel
in Holzwolleplatten und ähnlichen Erzeugnissen, wie Platten oder anderen Bauelementen,
die mit organischem oder anorgahischem Fasermaterial verstärkt sind, zur Verwendung
kommen. Weiterhin kann das Bindemittel zur Erdstabilisierung verwendet werden, wobei
die längere Abbindezeit manche praktischen Schwierigkeiten beseitigt.
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Die relative Menge des dem Bindemittel beigemischten gelöschten Kalkes
kann in weiten Grenzen verändert werden. Bestimmend hierfür ist in erster Hand die
chemische Zusammensetzung der Hochofenschlacke, ferner die Korngröße der feingemahlenen
Schlacke sowie die Festigkeit, die man zu erreichen wünscht. In der Regel soll das
Bindemittel zumindest 10 und höchstens 70 Gewichtsprozent gelöschten Kalk enthalten.
Ein Überschuß an Kalk gibt bei der Herstellung von Mörtel und Putzmörtel, wie bereits
erwähnt, dem Mörtel eine erhöhte Geschmeidigkeit, aber wirkt gewissermaßen herabsetzend
auf die Festigkeit. Optimale Festigkeit dürfte, wenn es sich um Bindemittel handelt,
die aus Hochofenschlacke aus schwedischen Eisenwerken hergestellt sind, erreicht
werden, wenn das Bindemittel etwa 25 Gewichtsprozent gelöschten Kalk enthält. In
den Fällen, in denen ein Überschuß an Kalk erforderlich ist, um dem Mörtel die gewünschte
Geschmeidigkeit und Bearbeit-: barkeit zu geben, kann die feinkörnige Hochofenschlacke
mit nur einem Teil der Gesamtmenge an Kalk zusammengemahlen und der restliche Kalk
erst bei der Zubereitung des Mörtels zugesetzt werden. Eine sichere Festlegung der
Anteile wird aber erreicht, wenn die ganze erforderliche Menge Kalk dem Bindemittel
zugesetzt und so zusammen mit der im voraus feingemahlenen Hochofenschlacke einem
nochmaligen Mahlen unterworfen worden ist.
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Um die Möglichkeit, während längerer Zeit einen Mörtel mit einem Bindemittel
gemäß der Erfindung zu verwenden, d. h. die Möglichkeit, den Mörtel »aufzuarbeiten«,
praktisch festzustellen, ist die folgende Probenserie ausgeführt worden. Eine bestimmte
Menge Mörtel wurde am 1. Tag morgens hergestellt. Eine Serie von Säulen mit 25 -
25 cm Seitenlänge und etwa 1 m Höhe wurden unmittelbar, 2 und 5 Stunden nach Herstellung
des Mörtels gemauert. Der Mörtel wurde dann über Nacht stehengelassen und am 2.
Tag morgens aufgearbeitet. Eine weitere Serie von Säulen wurde am Morgen und am
Mittag 22 bzw. 26 Stunden nach der Herstellung des Mörtels gemauert. Die Ergebnisse
gehen aus der nachstehenden Tabelle hervor.
| Tabelle 2 |
| Festigkeit kg/cm2 |
| gemauerter Säulen nach |
| 7 Tagen 28 Tagen |
| und Nächten und Nächten |
| Alter des Mörtels |
| beim Mauern in |
| Stunden |
| 0 96 115 |
| 2 94 112 |
| 5 93 109 |
| Aufarbeitung des |
| Mörtels |
| 22 96 112 |
| 26 91 114 |
Hieraus geht hervor, daß die Verwendbarkeitszeit, d. h. die Zeit,
in der der Mörtel ohne Festigkeitsverminderung verwendet werden kann, 24 Stundenübersteigt.
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Beim Putzen mit Mörtel, der mit dem Bindemittel gemäß der Erfindung
hergestellt ist, hat es sich als möglich erwiesen, den Mörtel auch am 3. und am
4. Tag aufzuarbeiten, ohne daß die Qualität des Putzes litt.
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In der Staatlichen schwedischen Prüfanstalt (»Statens Provningsanstalt«)
ist ein ähnlicher Versuch durchgeführt worden, dessen Ergebnisse weiter unten in
Zusammenhang mit Festigkeitsangaben festgehalten sind.
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Das erfindungsgemäße Bindemittel gibt einem daraus hergestellten Mörtel
eine Festigkeit, die in guten Grenzen die Festigkeit eines Mörtels der Klassen B
und C erreicht. Die Festigkeit solcher Mörtel wurde gemessen. Tabellen 3 und 4 zeigen
eine solche Versuchsserie. Die Ziegel waren Vollziegel mit einer Festigkeit von
etwa 300 kg/cm'.
Die Mörtel nach Klassen A, B und C und die Mörtel mit Bindemittel gemäß der Erfindung
sind mehrmals geprüft worden;- die angegebenen Werte sind Durchschnittswerte.
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Aus Tabelle 3 geht hervor, daß die Festigkeit eines Mörtels mit dem
erfindungsgemäßen Bindemittel im Volumenverhältnis 1: 5 und 1:4, entsprechend 13,3
bis 16,7 Gewichtsteilen Bindemittel auf 100 Gewichtsteile Sand, die Festigkeit eines
Kalk-Zement-Mörtels der Klasse B übersteigt, und daß die Festigkeit eines Mörtels
mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel im Volumenverhältnis 1: 6, entsprechend 11,1
Gewichtsteilen Bindemittel auf 100 Gewichtsteile Sand, auch die Festigkeit eines
Kalk-Zement-Mörtels nach Klasse C übersteigt.
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Die in Tabelle 3 angegebenen Mörtel sowie zwei Mörtel mit demselben
Gehalt an Bindemittel gemäß der Erfindung wie in den Kalk-Zement-Mörteln nach Klassen
A und B sind geprüft worden, wobei die folgenden Werte erhalten worden sind:
Auch diese Proben bestätigen, daß das neue Bindemittel einen Mörtel von sehr hoher
Festigkeit gibt.
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In der Staatlichen schwedischen Prüfungsanstalt hat man die folgenden
Werte erhalten bei Vergleichsprüfungen von Säulen, die mit Mörtel aus dem erfindungsgemäßen
Bindemittel bzw. mit Mörtel gemauert sind.
| Tabelle 5 |
| Gewichtsteile Druckfestigkeit, |
| Mörtel Bindemittel kg/cma, |
| auf 100 Gewichts- nach 56 Tagen |
| teile Sand und Nächten |
| Bindemittel |
| Klasse C ........ 16,7 95,1 |
| Klasse B ........ 18,9 112,7 |
| Bindemittel gemäß |
| der Erfindung |
| Frisch hergestell- |
| ter Mörtel ..... 16,7 128,7 |
| 24 Stunden ge- |
| lagerter Mörtel.. 16,7 119,1 |
Aus diesen Prüfungen ergibt sich dasselbe Bild der Festigkeitseigenschaften wie
bei den Prüfungen gemäß Tabelle 3.