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Verfahren zur Herstellung eines wasserfesten Bindemittels Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines wasserfesten Bindemittels aus
Gipsstein (CaS04 - 2H20), Zement und Zusätzen wie Kieselgur oder anderer saurer
Gesteine sedimentärer oder vulkanischer Herkunft oder saurer Schlacken und Aschen.
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In der modernen Bauindustrie hat Calciumsulfat-Halbhydrat (CaS04 -
ilz H20) eine breite Anwendung als wirksamer und hochwertiger Baustoff gefunden.
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Die wertvollsten Eigenschaften des Halbhydrates sind eine kurze Abbindezeit
und eine schnelle Erhärtung, wodurch eine hohe Ausnutzung der technologischen Ausstattung
bei der Bildung von Bauelementen, Details und Konstruktionen aus Gips bedingt ist.
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Einer breiteren Anwendung des Calciumsulfat-Halbhydrates als Bindemittel
in der Bauindustrie steht aber bekanntlich dessen ungenügende Wasserfestigkeit entgegen.
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Um die Wasserfestigkeit des Gipsbindemittels zu verbessern, ist es
bekannt, dem Calciumsulfat-Halbhydrat Portlandzement und als an den Umsetzungen
beteiligten, d. h. aktiven sauren Zusatz Kieselgur zuzufügen, indem diese Substanzen
in trockenem Zustand und ohne Temperaturerhöhung miteinander vermischt werden.
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Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung eines Dreikomponenten-Bindemittels
durch die »kalte Vermischung« der Bestandteile erfordert einen hohen apparativen
Aufwand, der beispielsweise in Gips-Aufbereitungsbetrieben zusätzliche Investitionen
erfordert. Es müssen nämlich neben der an sich erforderlichen Gips-Aufbereitungsanlage
weitere Anlagen zur Zerkleinerung der Zusätze und insbesondere für den Mischvorgang
vorhanden sein. Die Herstellung ist somit erschwert und der Aufwand an Arbeit und
Energie vergrößert.
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Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung eines wasserfesten Bindemittels
durch »kaltes Vermischen« der Bestandteile ist somit unrationell und führt überdies
zu Produkten, die in bezug auf die Wasserfestigkeit immer noch unbefriedigend sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, bei dem im wesentlichen ohne zusätzlichen apparativen Aufwand ein Dreikomponenten-Bindemittel
hergestellt werden kann, das eine ausreichend gute Wasserfestigkeit besitzt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines wasserfesten
Bindemittels aus Gipsstein, Zement und sauren Zusätzen wie Kieselgur oder anderer
saurer Gesteine sedimentärer oder vulkanischer Herkunft oder saurer Schlacken und
Aschen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gemahlener Gipsstein im Gipskocher dehydratisiert
wird, daß bei oder nach Erreichen der Halbhydratstufe dem Produkt 10 bis 50 Gewichtsprozent
Zement zugefügt werden und das gewonnene Gemisch bis zu einem homogenen Zustand
vermischt und bis zu einer Endtemperatur von 130 bis 170° C gekocht wird und daß
dem Gemisch die sauren Zusätze zu einer beliebigen Zeit während des Prozesses im
Verhältnis 4 Gewichtsteile Gips zu 1 Gewichtsteil des oder der sauren Zusätze zugefügt
werden.
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Als Zement können beispielsweise puzzolanische Portlandzemente und
Schlackenzemente Anwendung finden.
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An Stelle oder neben der als saurer hydraulischer Zusatz bekannten
Kieselgur können auch andere saure Gesteine sedimentärer oder vulkanischer Herkunft,
aber auch saure Schlacken und vom Abbrennen staubförmigen Brennstoffes zurückgebliebene
Aschen verwendet werden.
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Das Vorhandensein der sauren Zusätze im Dreikomponenten-Bindemittel
schützt die Erzeugnisse aus Gips und Zement vor der zerstörenden Wirkung der Hydrosulfoaluminatverbindungen.
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Wenn der zur Herstellung des Dreikomponenten-Bindemittels verwendete
Zement bereits die erforderliche Menge an sauren Zusätzen, z. B. an Kieselgur, enthält,
wird in den Gipskocher nur solcher Zement, nicht aber zusätzlich Kieselgur gegeben.
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Wird dagegen ein Zement verwendet, z. B. Portlandzement, der keine
Kieselgur od. dgl. saure Zusätze enthält, oder wird Zement verwendet, der nur
ungenügende
Mengen dieser Zusätze enthält, so werden die sauren Zusätze zusammen mit dem Gipsstein
(Calciumsulfat-Dihydrat) in den Gipskocher gegeben oder diesem während des Dehydratationsprozesses
des Gipses zugesetzt. Ferner ist es vorteilhaft, vor dem Einbringen des Zementes
dem Gips im Gipskocher bei einer Temperatur von 80 bis 105° C eine wäßrige Lösung
eines Chlorids eines Alkali- oder Erdalkalimetalls oder aber Eisenchlorid in einer
Menge von 0,1 bis 0,4 Gewichtsprozent trockenem Chlorid bezogen auf das Gewicht
des fertigen Produktes zuzusetzen.
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Dieser Zusatz der wäßrigen Chloridlösung dient dazu, die Temperatur
während der Dehydratation des Gipses zu senken und die Feuchtigkeit der Reaktionssphäre
zu erhöhen. Die erhöhte Feuchtigkeit der Reaktionssphäre-im Gipskocher und die gleichzeitige
Senkung der Dehydratationstemperatür bedingen eine erhöhte Ausbeute- an der aktiven
Modifikation des x-Calciumsulfat-Halbhydrates, wodurch wiederum eine beträchtliche
Verbesserung der Festigkeit des wasserfesten Dreikomponenten-Bindemittels sichergestellt
wird: -- '- -Der.Verbranch an-'Zement bei der Herstellung des Dreikomponenten-Bindemittels
beträgt zwischen 10 und 50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Halbhydrates,--und
hängt von der Art des Zementes, von seiner--Qualität und vom Verwendungszweck des
herzustellenden Bindemittels ab.
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Der Verbrauch an Kieselgur oder an den-- anderen sauren Zusätzen hängt
von ihrer Aktivität und vom Gehalt an Aluminatverbindungen im Zement ab, der zur
Herstellung des -Dreikomponenten-Bindemittels verwendet wird. Diese Zusätze liegen
mengenmäßig zwischen 40 und 150 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Zementes,
unabhängig davon, wann der Zusatz gegeben: wird, z: B. während der . Zubereitung
des Zementes ini Zementwerk oder während der Herstellung des wasserfesten Dreikomponenten-Bindemittels
im Gipskocher. Bei hohem Gehalt an Aluminatverbindungen im Zement sind größere Mengen
Kieselgur oder der anderen sauren Zusätze erforderlich, während bei geringerem Gehalt
an Aluminatverbindungen im Zement dementsprechend geringere Mengen notwendig sind.
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Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich gegenüber dem bekannten
Verfahren durch eine erhebliche Verringerung des apparativen Aufwandes aus und liefert
darüber hinaus ein Produkt, das sich gegenüber einem auf herkömmliche Art und Weise,
nämlich durch kaltes Vermischen der Bestandteile hergestellten Bindemittel durch
erhöhte mechanische Festigkeit und bessere Wasserfestigkeit auszeichnet.
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Die erhöhte Festigkeit des nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellten
Dreikomponenten-Bindemittels findet seine Erklärung, wie aus untenstehenden Daten
ersichtlich wird, in der günstigen Beeinflussung des Dreikomponenten-Gemisches durch
die hohe Temperatur im Gipskocher.
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Zum Nachweis der günstigen Eigenschaften des nach der Erfindung erzeugten
Bindemittels und zum Vergleich dieser Eigenschaften mit einem Bindemittel, das nach
dem bekannten Verfahren hergestellt wurde, sollen die folgenden Versuchsergebnisse
dienen, für deren Ermittlung als Ausgangsstoffe an sich gleiche Materialien, nämlich
Portlandzement, Kieselgur und Gips, dienten. -Das vorgeschlagene Verfahren verwendet
als Ausgangsstoff Gipsstein (CaS04 - 2H.0), das herkömmliche Verfahren dagegen durch
kaltes Vermischen der Bestandteile Calciumsulfat-Halbhydrat, das durch Brennen von
Gipsstein bei einer Temperatur von 140° C gewonnen wurde.
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Die in Tabelle 1 angeführten Mengen der einzelnen Bestandteile waren
in beiden zum Vergleich stehenden Verfahren gleich.
| Tabelle 1 |
| Bestandteile Nach dem erfindungsgemäßen Nach dem herkömmlichen |
| Verfahren Verfahren |
| 1. Gips |
| gemahlener Gipsstein . . . . . . . . . . . . . . . . .
....... 80 Gewichtsteile *) - |
| Gipshalbhydrat ..........................» ..... - 70
Gewichtsteile |
| 2. Kieselgur . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 15 Gewichtsteile 15 Gewichtsteile |
| 3. Portlandzement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 15 Gewichtsteile 15 Gewichtsteile |
| *) Aus 80 Gewichtsteilen Gipsstein entstehen nach dem Brennen
70 Gewichtsteile Halbhydrat. |
Die Herstellung des Dreikomponenten-BindemitteIs erfolgt beim vorgeschlagenen Verfahren
im Gipskocher. Gipsstein und Kieselgur werden in einzelnen Portionen in den Bunker
einer Mahlmaschine oder auf ein Förderband gegeben. Das Gemisch wird in einer Mühle
gemahlen und dann in den Gipskocher gegeben und dort so lange gebrannt, bis sich
das Halbhydrat bildet. Dem Gemisch wird im Kocher Portlandzement zugesetzt und das
ganze wird unter Rühren auf eine Temperatur von 140° C erhitzt. Das so gewonnene
Bindemittel wird dem Gipskocher entnommen, abgekühlt und nach 24 Stunden bei normaler
Dichte geprüft.
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Für die Ermittlung der Werte des Bindemittels, das nach dem bekannten
Verfahren hergestellt ist, wird in einer Mühle zerkleinerter Gipsstein zunächst
im Gipskocher gebrannt, bis sich Halbhydrat gebildet hat. Dieses Halbhydrat wird
bei einer Temperatur von 140° C dem Kocher entnommen, abgekühlt und kann nach 24
Stunden dem Mischvorgang (Zugabe von Zement und Kieselgur) zugeführt werden.
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Der Halbhydrat-Gips, die gemahlene Kieselgur und der Portlandzement
werden hierfür in einem mechanischen Mischer bei Zimmertemperatur bis zu einem homogenen
Zustand vermischt.
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Die Ergebnisse der nach den beiden zum Vergleich stehenden Verfahren
aus den gleichen Ausgangsmaterialien hergestellten Bindemitel sind aus Tabelle 2
ersichtlich.
| Tabelle 2 |
| Verfahren zur Herstellung eines Drei-Komponenten-Bindemittels |
| Im Gipskocher bei 140° C Vermischen der Bestandteile |
| (nach der Erfindung) bei Zimmertemperatur |
| (nach bekanntem Verfahren) |
| 1. Mahlfeinheit des Bindemittels: |
| Rückstand auf einem Sieb mit 918 Löchern pro |
| Quadratzentimeter .......................... 8,70/0 8,90/0 |
| 4900 Maschen pro Quadratzentimeter . . . . . . . . 20,0% 20,2% |
| Durchgang durch ein Sieb mit 4900 Maschen pro |
| Kubikzentimeter ............................ 71,20% 70,4% |
| 2. Normalverbrauch an Wasser .. ... ... . . . . .... . 50,00/0
50,00/0 |
| 3. Abbindezeit: |
| Beginn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 8 bis 9 Minuten 4 Minuten |
| Ende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 16 bis 18 Minuten 9 Minuten |
| 4. Druckfestigkeit, kg/cm2 |
| nach 1 Stunde, 30 Minuten . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 50 bis 60 kg/cm2 36 bis 42 kg/cm2 |
| nach 10 Tagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
kg/cm2 136 kg/cm2 |
| bei konstantem Gewicht (trocken) . . . . . . . . . . . . 150
bis 175 kg/cm2 113 kg/cm2 |
| nach vollkommener Sättigung mit Wasser ..... 90 bis
110 kg/cm2 61 bis 70 kg/cm2 |
Das folgende Beispiel zeigt den Einfluß des Zusatzes einer wäßrigen Chloridlösung.
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Ein Dreikomponenten-Bindemittel, das in einem gewöhnlichen industriellen
Gipskocher aus den gleichen Rohstoffen und bei gleicher Dosierung der Bestandteile
wie in Tabelle 1 in der Weise gewonnen wurde, daß der Gipsstein im Gipskocher zunächst
auf 100° C erwärmt wurde, wonach der kochenden Masse gesättigte Kochsalzlösung (0,1
Gewichtsprozent NaCI, bezogen auf das Gewicht des Gipses) zugesetzt wurde und dann
die Weiterbehandlung wie im obigen Beispiel erfolgte, zeigte bei der Prüfung eine
Festigkeit von 174 kg/cm2 bei konstantem Gewicht.