DE1471028A1 - Zementwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Zementwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE1471028A1 DE19641471028 DE1471028A DE1471028A1 DE 1471028 A1 DE1471028 A1 DE 1471028A1 DE 19641471028 DE19641471028 DE 19641471028 DE 1471028 A DE1471028 A DE 1471028A DE 1471028 A1 DE1471028 A1 DE 1471028A1
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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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.,
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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 "
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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:
Beispiel IX Zement 100,0 Gewichteteile
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.
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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Aluminiumpulver 0,01 Gewichtsteile
Wasser 84,0 "
Inaktiver Füllstoff 100,0 "
Dieser Werkstoff besitzt niedrige Viskosität und bleibt lange dünnflüssig; erzeugt leichtes Treiben, wird schnell fest und ist sehr korrosionsbeständig.
Tabelle I.
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-
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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)

  1. Patentansprüche
    /lj/Zementwerkstoif mit genau abstimmbaren Viskositäts- und Llrhürtungseigenschaften, bestehend aus Zement, hydraulischen Zusätzen, Luitbindemitteln, Karbonaten, Sulfaten, neutralen Füllstoffen, Wasser, dadurch gekennzeichnet, daii er
    0 - 2,0 Gew. Teile an i'luorsilikaten 0 - 2,0 " " " Chloriden der ein- bis dreiwertigen
    Metalle
    0 - 0,5 " " " oberflächenaktiven Stoffen 0 - 10,0 " M " Vinylpolymerisaten und 0 - 0,5 " " " gasentwickelnden Stoffen
    enthält, wobei jeweils iuindestene einer dieser Zusätze im Zementwerkstoff enthalten ist.
  2. 2. Zeaentwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er auf 100 Teile Zement
    10,0 - 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.
    809810/1234
    Unteriaqen (Μ. ι % t
  3. 3. Zementwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtstaenge der Alkalisalze das Dreifache der Aluminiumsalze beträgt·
  4. 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. 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. 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. 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.
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