DE1471028A1 - Zementwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Zementwerkstoff und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
"Zementwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung"
Gegenstand der Erfindung ist ein Zementwerkstoff und ein Verfahren,
nach welchem dieser hergestellt wird.
Der Zementwerkstoff soll bei Zementationsarbeiten Anwendung finden;
darüberhinaus wird er bei der Herstellung von intergranular
porösem Beton, bei der Vorfertigung von Bauelementen, bei der
Ausführung von Detonarbeiten unter Wasser, bei Bodenverfestigun—
£en, z. B. Küstenabsicherungen, usw. verwendet.
Bei Bauarbeiten ist es bekanntermaßen häufig notwendig, das Abbinden
des Zementwerkstoffes zu beschleunigen oder zu verzögern. In der Hegel wird dieses Ziel mittels chemischer Zusätze, wie
Calciumchlorid, Wasserglas, Phosphorsäure usw. erreicht. In besonderen Fällen aber versagen diese Mittel, wenn nämlich die For-
NiUt Untortefien (Art 7 i! Al». 2 Nr.,
809810/1234
derung besteht, daß der Werkstoif zunächst für eine gewisse Zeitspanne
seine anfängliche Viskosität beibehalten, nach dessen Ablauf jedoch schnell steif werden, abbinden und erhärten soll.
Diese Eigenschaften muli ein Werkstoff besitzen, wenn die Möglichkeit
besieht, daß der Werkstoff von Wasser weggetragen und damit
weggeschwemmt wird, oder wenn eine Sedimentation bei anfänglich sehr niedriger Viskosität verhindert werden muß. Das Material muß
also dünnflüssig sein, damit es in der ersten Phase richtig durch- ^ gemischt, in der zweiten Phase leicht transportiert, verfüllt und
verpreßt werden kann und in der dritten Phase dann so schnell wie möglich dick wird, abbindet und erhärtet.
Ein Zementwerkstoff, der diesen Anforderungen entspricht, ist bereits
bekannt. Er enthält, neben Zement und Wasser in den üblichen Mengen, einen Zusatz von Flugasche, Alkalicarbonat, Alkalichlorid,
Aluminiumsulfat und Aluminiumacetat. bezogen auf Zement
beträgt der Zusatz an Flugasche ungefähr 35 $, der an Chemikalien
15 Ji, wobei die Menge der Alkalisalze das Dreifache der Menge der
Aluminiumsalze ausmachen soll.
■ Es hat sich nun gezeigt, daß die genannten Zusätze zwar manche
Eigenschaften von Zementsuspensionen, die nur aus Zement und Wasser
bestehen, auch in Bezug auf die oben erwähnten Forderungen verbessern, daß aber nur in bestimmten Fällen positive Ergebnisse
erzielt werden konnten. Ein tirund dafür ist, daß die für den bekannten
Zementwerkstoff genannten Zusätze nur in groben Verhältnissen
angegeben und gegeneinander nicht fein genug abgestimmt
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sind. Ein zweiter (irund liegt darin, daii bei der Herstellung
des Zementwerkstoffes technische Einzelheiten beachtet word3.1
müssen, die für eine erfolgreiche Anwendung des Materials von entscheidender Bedeutung sind.
Die durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dali es möglich
ist, die zu gewinnenden Resultate bedeutend zu verbessern und den Anwendungsbereich für solche Werkstoffe bei Abdichtun&sarbeiten
mi.t der Zcmentinjektionsuiethode im Unter<;rundbau bedeutend
zu erweitern, wie aucii üie Anwendung dieser Werks toi ie auch
auf sol die Gebiete des Bauwesens auszudehnen, in welchen bisher λ
ihre Anwendung zwecklos war, z, B. zur Zementierung der Kanüle
in den Kabelbetonen, zur Vorfertigung von Bauelementen usw. und
zwar dadurch, daß die Zusammensetzung des Werkstolles nach der
Erfindung durch eine Iteihe von neuen chemischen Verbindungen und zusätzlichen Substanzen erweitert wird. üeiaäU der Erfindung wird
ein Zementwerkstoff mit genau abstiumbaren Viscositäts- und Urliärtun^seigenschaften
vorgeschlagen, der aus Zement, hydraulischen Zusätzen, Luftbindemitteln, Karbonaten, Sullaten, neutralen
Füllstoffen und Wasser besteht um; üaduren gekennzeichnet ist, daß er '
0 - 2,0 Gew.-Teile an iluorsilikaten,
0 - 2,0 M " " Chloriden der ein- bis dreiwertigen
Metalle,
0 - 0,5 B " " oberflächenaktiven Stolfen,
0 - 10,0 " " M Vinylpolymerisaten und
0-0,5 " " H gasentwickelnden btuiien
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ORIGWAL INSPECTED
enthält, wobei jeweils mindestens einer dieser Zusätze im Zementwerkstoif
enthalten ist.
Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn als hydraulische Zusätze
Flugasche und Kieselerde und/oder Bentonit und/oder alkalische, granulierte Hochofenschlacke, als Luf!bindemittel gebrannter
oder gelöschter Kalk, als obefflächenaktiver Stoff Ligninsul—
fonsäurederivate, uls Vinylpolymerisat emulgiertes Polyvinylacetat
oder Polyvinylchlorid, als gasentwickelnder Stoff pulverisiertes metallisches Aluminium, als neutraler Füllstoff Sand,
Kunststof!'abfalle usv. einem Zement beigemischt werden, der aus
reinem Portlandzement mit hohem Altgehalt und nicht mehr als 2 Ji
Gips besteht.
Diese Zusammensetzung des Zementwerkstoffes führt in allen Fällen
zu optimalen Ergebnissen, wenn es auf die bereits genannten Eigenschaften: niedrige Aniangsviscositat und, nach Ablauf einer
Verarbeitungsphase, schnelles Abbinden und Erhärten, ankommt. Darüberhinaus
tritt eine Sedimentation nicht ein, der Festigkeitsanstieg
verläuft schnell und führt zu hohen Festigkeiten. Das erhärtete Material ist außerordentlich dicht, weist niedrig· Kapillarität
auf und ist chemisch sehr widerstandefähig. In gewünschten
Fällen tritt ein schwaches Treiben ein.
Eine Übersicht über die mit dem erfindungsgemäQen Werkstoff zu erhaltenden
Vorteile enthält die Tabelle 1.
In besonderen Fällen erweist es sich als vorteilliai t, die Zusammen-
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Setzung ues Werkstoffes auf die gestellten -Anforderungen abzustimmen.
boll ζ. B. eine Zementierungsarbeit bei schneller Wasserströmung
ausgeführt werden, die den eingepreßten ZementwerkstoIf wegschwemmen
kann, dann erhöht man die Menge der hydrauliacaen Zusätze, der
LuI tbindeiui ttel und der zeiuentakLiven balze, insbesondere der Karbonute
und Fluorosilikate, und verringert die Wasserinenge. Saher
hat ein Zementwerkstoff, der zur Ausfüllung ziemlich weit gelegener
Kavernen und Spalten im Boden oder im Gebirge bei schneller
Strömung der Grundwasser geeignet ist, folgende Zusammensetzung:
Beispiel I | Zement | 1OU,0 | Gewichtsteile |
Flugasche | 20,0 | Il | |
Kieselgur | 5,0 | H | |
Gebrannter Kalk | 8,0 | η | |
Natriumcarbonat | 2,8 | Il | |
Kaiiuacarbonat | 0,5 | η | |
Kupfersulfat | 0,3 | M | |
Aluminiumsulfat | 1,7 | Il | |
Natriumfluorsilikat | 0,8 | ti | |
Natriumchlorid | 0,3 | η | |
Wasser | 74,0 | ti | |
Dieser Werkstoff charakterisiert sich vor allem durch eine sehr große Abbindunge- und Erhärtungegeschwindigkeit und durch sehr
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grolie Endlestigkeit und Dichtigkeit.
Soll bei normaler Strömung unter Wasser zementiert werden, muß
aber der Werkstoff über größere Entfernungen herangebracht werden, z. B. beim Abdichten von tiefen Schächten, dann erhält der
Werkstoff mehr Sulfate, mehr Chloride und mehr Wasser, dafür weniger
an hydraulischen Zusätzen und LuItbindemi tteln. Der V/erkstoff
ist dann lünger dünnflüssig, bindet aber auch schnell ab
und erhärtet schnell. Für diesen Zweck wählt man folgende Zusammensetzung:
Beispiel II | Zement | 100,0 | Gewichtsteil· |
Flugasche | 17,0 | ti | |
Kieselgur | 3,0 | It | |
Gelöschter Kalk | 5,0 | ti | |
Natriumcarbonat | 3,3 | ti | |
Kupfersulfat | 0,4 | ti | |
Aluminiumsulfat | 2,0 | H | |
Natriumi'luorsil ikat | 1,2 | M | |
Natriumchlorid | 0,5 | N | |
Wasser | 93,0 | H | |
Dieser Werkstoff charakterisiert aich durch ein großes Penetrationsvermögen,
eine lange Dünnflüssigkeitezeit unü grolle Abbindungsuna
Srhärtungsgeschwindigkeit.
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Für das Abdichten von Dämmen, Wällen, Küsten, Baugruben, von Boden
mit kleiner Porosität und sehr schwacher Wasserströmung wählt man einen Werkstoff, der hohe Penetration besitzt und lange dünnflüssig
bleibt; hierzu reduziert man die Menge üer hydraulischen Zuschläge, gibt einen oberflächenaktiven Stoff hinzu und erhöht
die Wassermenge; dae Aluminiumsulfat ersetzt man durch Natriumsulfat:
Beispiel III | Zement | IUO1O | Gewichts teile |
Flugasche | 10,0 | Il | |
Kieselgur | 2,0 | ti | |
GelÖBchter Kalk | 3,0 | It | |
Natriumcarbonat | 3,0 | Il | |
NatriumeullHt | 1,5 | ti | |
Kupfersulfat | 0,5 | Il | |
Natriumfluorosilikat | 1,4 | It | |
Natriumchlorid | 0,8 | η | |
Ammoniumligninsulfonat | 0,3 | ti | |
Wasser | 108,0 | tt | |
Dieser Werkstoff charakterisiert sich durch sehr großes Penetrationsveruögen
und eine sehr lange Dünnflüssigkeiteperiode.
Müssen nahe gelegene Kavernen Ton grölleren Dimensionen ausgefüllt
werden, bei starker Grundwasserströmung, dann erhält der Werkstoff
folgende Zusammensetzung:
ORK34NAI IN6PECT1CP -80
9 8\0/1234
Beispiel IV | Zement | 100,0 Gewiehtsteile |
Flugasche | 25,0 | |
Gebrannter Kalk | 8,0 " | |
Natriumcarbonat | 4,0 " | |
Kaliumcarbonat | 0,3 " | |
Aluminiumsulfat | 1,8 | |
Aluminium!luorosilikat | 0,2 " | |
Natriumchlorid | 0,7 " | |
Aluuiniumchlorid | 0,3 " | |
Wasser | 73,0 | |
Dieser Werkstoff ist durch eine kurze Dünnl1üssigkeitsperiode,
sehr groüe Erhärtungsgeschwindigkeit und Dichtigkeit charakterisiert.
Wird bei normaler Grundwasserströmung der Werketoif auf kleinere
Entfernungen verpreüt, dann setzt man ihn wie folgt zusammen:
Beispiel V | Zement | 100,0 Gewichtsteile |
Flugasche | IiO1O " | |
Gelöschter Kalk | 5,0 | |
Natriumcarbonat | 4,3 | |
Aluminiumsulfat | 2,0 " | |
Natriumchlorid | 1,0 " | |
Wasser | 92,0 " | |
8098 1 0/1234
Dieser Werkstoff hat eine mittelmäßige Diinni'lüssigkeitsperiode
und eine große Abbindungsgeschwindigkeit und Dichtigkeit.
Ist der Boden chemisch aggressiv, dann verstärkt man die chemische
Beständigkeit des Werkstoffs, indem man den Zusatz an hydraulischen Ütoifen vermehrt und gleichzeitig Vinylpolymerisat
zugibt:
Beispiel VI | Zement | 100,0 | Gewichtsteile |
Flugasche | 38,0 | H | |
Kieselgur | 1J,0 | η | |
Hochofenschlacke | 5,0 | Il | |
Gelöschter Kalk | 2,0 | Il | |
Natriumcarbonat | 4,6 | η | |
Aluminiumsulfat | 2,1 | Il | |
Natriumchlorid | 1,2 | η | |
Polyvinylacetat | 4,0 | It | |
Wasser | 94,0 | H | |
Dieser Werkstoff besitzt neben einer sehr großen Widerstandsfähigkeit
gegen chemische Aggression zusätzlich verbesserte Frostbeständigkeit.
Für das Ausfüllen von Kanälen in Kabelbetonen stellt man einen Werkstoff
her, bei dem man außer Flugasche und Kieselgur auch noch Betonit zusetzt. Die Menge der anorganischen Salze setzt man herab
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und verzichtet völlig auf die Chloride. Dafür gibt man Polyvinylacetat
und Aiuoniumligninsulf onat und als inaktiven Füllstoff geschäumtes
Polystyrol hinzu:
Beispiel VII | Zement | 100,0 | Gewichtsteile |
Flugasche | 10,0 | It | |
Kieselgur | 3,0 | Il | |
Bentonit | 2,0 | N | |
Gelöschter Kalk | 10,0 | η | |
Natriumcarbonat | 2,5 | Il | |
Kupfersulfat | 0,3 | η | |
Aluminiumsulfat | 1,4 | H | |
Natriumfluorosilikat | 0,8 | η | |
Ammoniumligninsulfonat | 0,2 | π | |
Polyvinylacetat | 3,0 | η | |
Alumini umpulver | 0,01 | η | |
Schaumstoff | 25,0 | It | |
Wasser | 64,0 | η | |
Dieser Werkstoff aedimentiert nicht, bleibt lange dünnflüssig und
besitzt gutes Haftvermögen; er treibt leicht und erhöht den Schutz
des Stahles gegen Korrosion. Er ist verbessert frostbeständig und sehr dicht.
Zum Ausfüllen von Fugen verwendet man folgenden Werkstoff:
-U-
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Deispiel VIII | Zement | 100,0 | (iewichtsteile |
Flugasche | 15,0 | η | |
Uentonit | 1,0 | M | |
Hochofenschlacke | 5,0 | η | |
Gelöschter Kalk | 5,0 | η | |
Natriumcarbonat | 2,0 | N | |
Kaiiumcarbonat | 0,2 | N | |
Kupfersuliat | 0,3 | H | |
Aluminiumsulfat | 1,2 | Il | |
Natrium!luorosilikat | 1,2 | Il | |
Ammoniumligninsulionat | 0,1 | Il | |
Polyvinylacetat | 6,0 | N | |
Aluminiumpulver | 0,01 | η | |
Wasser | 77,0 | M | |
Dieser Werkstoff hat erhöhte Frostbestündigkeit und Haftfähigkeit,
erzeugt leichtes Treiben und ist sehr dicht«
Für die Ausliihrung von Monoiraktionsbetonen eignet sich ein Werkstoff folgender Zusammensetzung:
Flugasche 20,0 "
Kieselgur 5,0 "
- 12 -
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4,0 | 1471028 | |
Gebrannter Kalk | 4,0 | Gewichtsteile |
Gelöschter Kalk | '5,5 | H |
Natriumcarbonat | 1,0 | N |
Natriumsulfat | 0,5 | Il |
AluuiniumcLlorid | 0,5 | It |
Aluminium!luorosilikat | 75,0 | Il |
Wasser | 50,0 | Il |
Füllstoif | ti | |
Dieser Werkstoff besitzt bei niedriger Viskosität der frischen
Mischung eine große Endfestigkeit.
Mischung eine große Endfestigkeit.
Für Betonierarbeiten unter Wasser, z. B. Ausfüllen von Gesteinshauien
mit Mörtel unter i>ruck, verwendet man einen Werkstoff, der folgende
Zusammensetzung besitzt:
Beispiel X | Zement | 100 | ,0 | Gewichtsteile |
Flugasche | 25 | ,0 | N | |
Gebrannter Kalk | ö | ,0 | η | |
Natri umcarbonut | 2 | ,i) | η | |
Natriumsulfat | 1 | ,0 | η | |
Kupfersulfat | Ü | ,4 | η | |
Aluiainiumsullat | 1 | ,8 | η | |
Natriumchlorid | 1 | ,0 | η | |
Natrium!luorosilikat | 1 | ,2 | η | |
A&iüioniuml i(_ninsullonat | 0; | ,2 | η | |
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Wasser 84,0 "
Dieser Werkstoff besitzt niedrige Viskosität und bleibt lange
dünnflüssig; erzeugt leichtes Treiben, wird schnell fest und ist sehr korrosionsbeständig.
Diese in den verschiedenen Beispielen genannten Stoffe dürfen wie
bereits erwähnt, jedoch nicht willkürlich miteinander vermischt werden.
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, bein Herstellen der Mischungen wie folgt zu verfahren:
Man bringt in einen Teil der vorgesehenen Wassermenge zunächst die
anorganischen Salze, die Carbonate, Sulfate, Chloride, Fluorosilikate, die oberflächenaktiven Stoffe und die Vinylpolymerisate in
Lösung und hält dabei die Temperatur zwischen 25 - 50 über 8 -Stunden. Dann überläßt man die Lösung bei freiem Luftzutritt einem
lieiiungsprozeß, der mindestens 72 Stunden dauern soll. Unmittelbar
vor der Verwendung auf der Baustelle verdünnt man mit der restlichen Wassermenge und mischt danach die Feststoffe zu der Lösung.
Dabei muß darauf geachtet werden, daß der Zement nicht später als die übrigen Feststoffe zugesetzt wird. Zweckmäßig vermahlt man zu-
- 14 -
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Tabelle I |
Technologisch*
Eigenschaft |
Werkstoff nach Beispiel | ι | groß | M | U | F | WL | M | groß | JZ | Σ |
Penetrationsvermögen
(Grad der Flüssigkeit) |
mittel | lang | sehrgroß | klein | mittel | klein | groß | mittel | klein | groß | ||
Flüssigkeitspen ode | mittel | groß | sehrlang | kurz | mittet | kurz | mittel | mittel | mittel | lang | ||
Geschwindigkeit
des Abbindens |
sehrgroß | groß | mittel | groß | mittel | groß | mittel | mittel | mittel | groß | ||
Geschwindigkeit
der Erhärtung |
sehrgroß | groß | /DiWe/ | sehrgroß | groß | mittel | mittel | mittel | mittel | groß | ||
Endfestigkeit ' | sehrgroß | groß | mittel | groß | mittel | mittel | groß | groß | groß | groß | ||
Dichtigkeit | sehrgroß | fehlt | mittel | sehrgroß | groß | groß | sehrgroß | tritt auf | mittel | mittel | ||
Treiben | fehlt | normal | fehlt | fehlt | fehlt | fehlt | tritt auf | erhöht | fehlt | tritt auf | ||
Haftfähigkeit | normal | mittelmäßig | normal | normal | normal | erhöht | erhöht | groß | normal | normal | ||
Widerstand gegen
chemische Aggressivität |
groß | normal | mäUmäßio | groß | mittelmäßig | sehrgroß | mittelmäßig | erhöht | mittelmäßig | groß | ||
Frostbeständigkeit | erhöht | normal | normal | normal | erhöht | erhöht | normal | normal | ||||
nächst diese, mischt dann den Zement hinzu und trägt dann die Feststoffe zusammen in die Lösung ein.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, in der Teilmenge Wasser die
anorganischen Salze in folgender Ueiheni'olge aufzulösen: l'luorosilikate,
Carbonate, Sulfate, Chloride. Dabei trägt muii den nächsten
Bestandteil immer erst dann ein, wenn sich der vorhergehende völlig
gelöst hat. Danach setzt man die oberilächenaktiven Ötoiie und zuletzt
die Vinylpolymerisate zu.
8 0 98 10/1 23
Claims (7)
- Patentansprüche/lj/Zementwerkstoif mit genau abstimmbaren Viskositäts- und Llrhürtungseigenschaften, bestehend aus Zement, hydraulischen Zusätzen, Luitbindemitteln, Karbonaten, Sulfaten, neutralen Füllstoffen, Wasser, dadurch gekennzeichnet, daii er0 - 2,0 Gew. Teile an i'luorsilikaten 0 - 2,0 " " " Chloriden der ein- bis dreiwertigenMetalle0 - 0,5 " " " oberflächenaktiven Stoffen 0 - 10,0 " M " Vinylpolymerisaten und 0 - 0,5 " " " gasentwickelnden Stoffenenthält, wobei jeweils iuindestene einer dieser Zusätze im Zementwerkstoff enthalten ist.
- 2. Zeaentwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er auf 100 Teile Zement10,0 - 50,0 Gew. Teile an hydraulischen Zusätzen,2,0 - 10,0 " " " Luftbindemitteln, 2,0 - 5,0 " " " Karbonaten, 1,0 - 5,0 " " " Sulfaten,0 -200 " " H neutralen Füllstoffen,50,0 -200 " " " Wasser enthält.809810/1234Unteriaqen (Μ. ι % t
- 3. Zementwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtstaenge der Alkalisalze das Dreifache der Aluminiumsalze beträgt·
- 4. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zement einen hochalithaitigen Portland-Zement enthält, welcher keine zugemahlenen Bestandteile und nicht mehr als 2 ^ Gips aufweist.
- 5» Verfahren zur Herstellung des Zementwerkstol'ies nach den Ansprü— ' chen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Teil der vorgesehenen Wasseriiienge die anorganischen Salze, gegebenenfalls die oberflächenaktiven Stolle und die Viny!polymerisate in Lösung bringt, wobei die Temperatur über b - 16 Stunden bei 25 50 C gehalten wird, daß die Lösung anschließend einem Keifungsprozeß über mindestens 72 Stunden bei freiem Luftzutritt ausgesetzt, das gereifte Konzentrat unmittelbar vor der Verwendung mit der restlichen Wassermenge verdünnt und danach die Feststoffe, nämlich Zement, hydraulische Zusätze, Luftbindemittel, gegebenen- λ falls gasentwickelnde Stoife und neutrale Füllstoffe, gemeinsam in die Lösung eingemischt werden, wobei aber der Zement in die Flüssigkeit nicht später als die übrigen Feststoffe eingeführt wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Teilmenge Wasser erst die Fluorsilikate, danach die Karbonate, danach die Sulfate und zuletzt die Chloride auflöst, wobei der nächste Bestandteil erst zugegeben wird, wenn sich der verhergehende völlig gelöst hat»- 17 -9 8 TO / 1 2 3 U OR'GiNAi- INSPECTED
- 7. Verfahren nach den Ansprüchen 5-6, dadurch gekennzeichnet,
daß die hydraulischen Zusätze, Luitbindeiui Ltel, gegebenenfalls gasentwickelnden Stoffe und neutralen Füllstoffe zunächst ohne Zement vermählen und erst danach mit dein Zement vermischt werden.809810/1234
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