DE1471285C

DE1471285C - Portland cement with the addition of a swelling component

Info

Publication number: DE1471285C
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Klein, Alexander, Danville, Calif (V St A)
Publication date: 1971-07-29

Description

Die Erfindung betrifft Zementmassen, die sich beim Erhärten ausdehnen.The invention relates to cement compositions which expand as they harden.

Portlandzement wird durch Vermischen von Kalkstein mit tonhaltigem Material hergestellt. Das Gemisch wird zu einem feinen Pulver vermählen und sodann in einen Brennofen gegeben, wo es bis zur beginnenden Schmelze erhitzt wird und bei dieser Temperatur zu Klinker zusammensintert. Dieser Klinker wird dann zusammen mit einer kleinen Menge Gips zu einem feinen Pulver vermählen. Chemisch gesehen besteht Portlandzement in erster Linie aus Calciumsilicaten, insbesondere Tricalciumsilicat und im allgemeinen aus einer kleineren Menge /5-Dicalciumsilicat zusammen mit geringeren Mengen Tricalciumaluminat und Tetracalciumaluminatferrit sowie geringen Mengen von Alkalien und Magnesia. Nach Zumischen von Wasser hydratisiert der Zement, erstarrt und erhärtet und dient als Bindemittel für Sand, Kies oder andere mineralische Zuschlagstoffe.Portland cement is made by mixing limestone with clayey material. The mixture is ground to a fine powder and then placed in a kiln, where it is commenced Melt is heated and sintered together to form clinker at this temperature. This clinker is then ground to a fine powder together with a small amount of plaster of paris. Chemically speaking Portland cement consists primarily of calcium silicates, particularly tricalcium silicate and in general from a minor amount / 5-dicalcium silicate together with smaller amounts of tricalcium aluminate and tetracalcium aluminate ferrite as well as small amounts of alkalis and magnesia. After adding water, the cement hydrates, solidifies and hardens and serves as a binding agent for sand, gravel or other mineral aggregates.

Es ist bekannt, daß aus Portlandzement zusammen mit Sand, Kies oder einem anderen mineralischen Zuschlagstoff hergestellter Beton einer unerwünschten Schwindung beim Trocknen unterliegt. Diese Schwindung ist unter anderem darum unvorteilhaft, weil sie unter Zwangsbedingungen im allgemeinen zu Rissen im Beton führt.It is known that Portland cement can be mixed with sand, gravel or another mineral aggregate produced concrete is subject to undesirable shrinkage during drying. This shrinkage is, among other things, disadvantageous because it generally causes cracks under constrained conditions leads in concrete.

Es wurde daher versucht, einen Zement herzustellen, der nicht schwindet und der zu Portlandzement zugegeben werden oder an Stelle von Portlandzement verwendet werden kann, um einen nicht schwindenden Beton zu schaffen. Unter »Nichtschwinden« versteht man, daß im Endresultat keine Schwindung auftritt.Attempts have therefore been made to produce a cement which does not shrink and which is added to Portland cement or can be used in place of portland cement to make a non-shrinking To create concrete. "Non-shrinkage" means that there is no shrinkage in the end result.

Es sind expandierende anorganische Zementmassen bekannt, die mit Sand, Kies oder anderen mineralischen Zuschlagsotffen und Wasser vermischt werden. Wenn ein solches Gemisch erhärtet, tritt im Endeffekt eine Ausdehnung auf. Bei Zugabe einer solchen expandierenden Komponente in geeigneter Menge zu Portlandzement ist es möglich, die normale Schwindung der Portlandzementbetone bis zu einem gewissen Grad oder vollständig aufzuheben. Bei entsprechender Zugabe einer solchen expandierenden Komponente zu dem Portlandzement wird im Endeffekt eine Ausdehnung erreicht. Das heißt, der zugesetzte expandierende Zement unterliegt während dem Frühstadium der Hydratisierung und sogar unter den nachfolgenden Trockenbedingungen in stärkerem Maße einer Ausdehnung als einer Zusammenziehung. Eine solche Ausdehnung hat einen wichtigen Vorteil. Mit ausreichend hohen Ausdehnungen ist es nämlich möglich, eine Eigenspannung der im Beton eingebetteten Stahlbewehrung zustande zu bringen und infolgedessen eine Vorspannung des Betons selbst, ohne thermische oder mechanische Spannungsverfahren, zu erreichen.There are expanding inorganic cement masses known with sand, gravel or other mineral Aggregates and water are mixed. When such a mixture hardens, it ultimately occurs an expansion to. When adding such an expanding component in a suitable amount to Portland cement it is possible to reduce the normal shrinkage of portland cement concretes to a certain extent Degree or cancel completely. With the appropriate addition of such an expanding component an expansion is achieved in the end to the portland cement. That is, the added expanding Cement is subject to hydration during the early stages and even below the subsequent ones Drought conditions of expansion rather than contraction. Such an expansion has an important advantage. With sufficiently large dimensions it is possible to create a To bring about internal stress of the steel reinforcement embedded in the concrete and as a result to achieve a prestressing of the concrete itself without thermal or mechanical stressing processes.

Es gibt jedoch viele Situationen, in denen es lästig oder in denen es unmöglich ist, die thermische oder auch die mechanische Nach- oder Vorspannung durchzuführen, insbesondere dort, wo dreidimensionale oder Volumvorspannung erwünscht ist. Ein expandierender Zement, der eine genügend hohe resultierende Ausdehnung des fertigen Betons erbringt, kann die thermische oder mechanische Vorspannung ersetzen, denn seine Ausdehnung bewirkt eine Vorspannung der zweckentsprechend verankerten Stahlbewehrung. Er wird daher in Fällen anwendbar sein, in denen die übliche mechanische oder thermische Vorspannung unmöglich, schwierig oder nicht wirtschaftlich ist, wie z. B. bei Betonrohren, großen Straßendecken und in Fällen, in denen dreidimendionale Spannung erwünscht ist.However, there are many situations where it is bothersome or where it is impossible to use the thermal or also carry out the mechanical post-tensioning or pre-tensioning, especially where three-dimensional or volume prestressing is desired. An expanding cement that has a sufficiently high resulting The expansion of the finished concrete can be the thermal or mechanical prestressing replace, because its expansion causes a pretensioning of the appropriately anchored steel reinforcement. It will therefore be applicable in cases where the usual mechanical or thermal Prestressing is impossible, difficult or not economical, e.g. B. with concrete pipes, large road surfaces and in cases where three-dimensional tension is desired.

Trotzdem haben die bisher bekanntgewordenen nichtschwindenden Zemente und expandierende, selbstvorspannende Zemente, gewisse ernsthafte Nachteile. Einige dieser Zementarten erfordern während der Erhärtungszeit eine ganz besonders sorgfältige Behandlung, und/oder sie benötigen ein äußerst großes Verhältnis Zement zu Zuschlagstoff und/oder eineNevertheless, the previously known non-shrinking cements and expanding, self-tensioning Cements, certain serious drawbacks. Some of these types of cement require during the Hardening time a particularly careful treatment, and / or they require an extremely long one Ratio of cement to aggregate and / or a

ίο Zugabe von weiteren Kontrollagenzien zur Kontrolle der Ausdehnungsgeschwindigkeit und -größe. Die sogenannten Lossier-Zemente, welche expandierende Zemente sind, benötigen die Gegenwart eines Terminators, wie zum Beispiel Hochofenschlacke, was nachteilig ist wegen der zusätzlichen Kosten, der Lästigkeit des Mehrkomponentensystems und der Gegenwart eines zusätzlichen Faktors, der Kontrolle erfordert. Außerdem ist die Vorausbestimmung der endgültigen Größe und der Geschwindigkeit der Expansion nicht möglich.ίο Addition of further control agents to the control the expansion rate and size. The so-called lossier cements, which are expanding Cements require the presence of a terminator, such as blast furnace slag, which is detrimental is because of the added cost, the annoyance of the multicomponent system, and the presence an additional factor that requires control. Besides, the predestination is the final one Size and speed of expansion not possible.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Zementzusammensetzung zu schaffen, die lediglich aus einem Anteil an Portlandzement und einem Anteil einer expandierenden Komponente besteht, wobei die expandierende Komponente einen hohen Expansionsgrad hat, so daß die Zugabe von quantitativ geringen Anteilen zu einem quantitativ großen Anteil von Portlandzement ein Zementgemenge ergibt, das ausreichend expansiv ist, um Eigenspannung der Stahlbewehrung zustande zu bringen und bei der zur Regulierung der Geschwindigkeit oder des Ausmaßes der Expansion weder ein Terminator noch andere Zusätze benötigt werden.The object of the invention is to create a cement composition that consists only of a portion of Portland cement and a portion of an expanding component, the expanding Component has a high degree of expansion, so that the addition of quantitatively small proportions too a quantitatively large proportion of Portland cement results in a cement mix that is sufficiently expansive is to bring about the internal stress of the steel reinforcement and to regulate the speed or the extent of expansion, neither a terminator nor other additives are required.

Die Erfindung ist daher auf eine Zusammensetzung gerichtet, bestehend im wesentlichen aus einem Hauptanteil an Portlandzement und einer Quellkomponente, deren Mengenanteil in der Zusammensetzung ausreicht, um zumindest das Schwinden des Portlandzementes auszugleichen, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die durch Brennen eines Gemisches aus Ausgangsstoffen, die dabei CaCO₃, Al₂O₃ und CaSO₄ liefern, bei einer Temperatur bis höchstens 1590⁰C hergestellte Quellkomponente aus (a) einem stabilen Calcium-Aluminiumsulfat, (b) 21 bis 40%, bezogen auf die Quellkomponente, nach der Methode ASTM C 114-58 extrahierbaren CaO und (c) höchstens etwa 5%, bezogen auf die Quellkomponente wasserfreiem, nach der Forsen-Methode extrahierbarem CaSO₄ besteht, wobei das Calcium-Aluminiumsulfat die maximalen Röntgenstrahlenbeugungsintensitäten beiThe invention is therefore directed to a composition consisting essentially of a main proportion of Portland cement and a swelling component, the proportion of which in the composition is sufficient to at least compensate for the shrinkage of the Portland cement, and which is characterized in that it is made by burning a mixture of starting materials , which deliver CaCO ₃ , Al ₂ O ₃ and CaSO ₄ , at a temperature up to a maximum of 1590 ⁰ C produced swelling component from (a) a stable calcium aluminum sulfate, (b) 21 to 40%, based on the swelling component, according to the Method ASTM C 114-58 extractable CaO and (c) at most about 5%, based on the source component, of anhydrous CaSO ₄ extractable by the Forsen method, the calcium aluminum sulfate having the maximum X-ray diffraction intensities

5oi/ = 4,90, 3,75, 3,49, 3,24, 2,90, 2,65 und 2,16 aufweist. 5oi / = 4.90, 3.75, 3.49, 3.24, 2.90, 2.65 and 2.16.

Im folgenden werden gewisse, in der Zementtechnik vorherrschende Symbole wie folgt verwendet: CaI-ciumoxyd (CaO) wird als C bezeichnet; Aluminiumoxyd (Al₂O₃) als A; Kieselsäure (SiO₂) als S und Schwefeltrioxyd (SO₃) als S. Wo extrahierbarer Kalk gemeint ist, wird er als »extrahierbarer Kalk« oder »freies CaO« bezeichnet, zur Unterscheidung von nichtextrahierbarem oder gebundenem Calciumoxyd (C). Unter »extrahierbarem Kalk« oder »freiem CaO« wird das CaO verstanden, das nach dem Verfahren von ASTM C 114-58 extrahiert wurde.In the following, certain symbols prevalent in cement technology are used as follows: Calcium oxide (CaO) is designated as C; Aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) as A; Silicic acid (SiO ₂ ) as S and sulfur trioxide (SO ₃ ) as S. Where extractable lime is meant, it is referred to as "extractable lime" or "free CaO" to distinguish it from non-extractable or bound calcium oxide (C). “Extractable lime” or “free CaO” is understood to mean the CaO that was extracted using the ASTM C 114-58 method.

Der erfindungsgemäße, die Quellkomponente bildende Klinker enthält eine große Menge extrahierbaren Kalk oder freies CaO, dessen Rest vorwiegend oder ausschließlich Calcium-Aluminiumsulfat ist. Dieser Klinker und das Zementgemenge, zu dem er als Ausdehnungskomponente zugegeben wird, benö-The clinker according to the invention, which forms the swelling component, contains a large amount of extractables Lime or free CaO, the remainder of which is predominantly or exclusively calcium aluminum sulfate. This clinker and the cement mixture to which it is added as an expansion component,

tigen keinen zusätzlichen, die Ausdehnung kontrollierenden Terminator. Wenn ein solcher zugefügt wird, geschieht das in einer Menge, welche die expansive Hydratbildung des Zements nicht bemerkenswert verändert.do not require an additional terminator that controls the extent. When such a thing is inflicted is done in an amount that the expansive hydrate formation of the cement is not noticeable changes.

Zur Herstellung des Klinkers können alle, dem Fachmann bekannten Ausgangsstoffe verwendet werden, die beim Brennen C, A und S ergeben. Solche Stoffe sind beispielsweise Calciumcarbonat, Aluminiumoxyd und Gips. Sie werden in solchen Mengen miteinander vermischt, daß sie einen Klinker der folgenden Zusammensetzung bildenAll starting materials known to the person skilled in the art can be used to produce the clinker, which result in C, A and S when fired. Such substances are, for example, calcium carbonate and aluminum oxide and plaster of paris. They are mixed together in such quantities that they form a clinker form the following composition

C₁A₃S + freies CaOC ₁ A ₃ S + free CaO

Das Gemisch der Ausgangsstoffe wird bei einer Temperatur gebrannt, die genügend hoch ist, um einen Klinker zu bilden, aber nicht über die beginnende Sinterung hinausgeht und in keinem Fall über etwa 1590°C liegt. Die Gesamtmenge von freiem CaO variiert zwischen 21 und 40°/o, bezogen auf das Gewicht des Klinkers.The mixture of raw materials is fired at a temperature high enough to achieve a To form clinker, but not beyond the beginning sintering and in no case beyond about 1590 ° C. The total amount of free CaO varies between 21 and 40% by weight of the clinker.

Dieser Klinker hat einen Brechungsindex von etwa 1,56 bis 1,59. Das Röntgenstrahlenbeugungsbild des Klinkers zeigt Netzebenenabstände, einschließlich die der maximalen Intensitäten, von d — 4,90, 3,75, 3,49, 3,24, 2,90, 2,65 und 2,16. Diese Reihenfolge ist nicht nach der Größe der Intensitäten geordnet, da die Werte für die stärksten Intensitäten von Fall zu Fall variieren und von geringen Beimengungen abhängen, die bestimmte Netzebenenreflexe verstärken oder dazu neigen, sie abzuschwächen.This clinker has a refractive index of around 1.56 to 1.59. The X-ray diffraction pattern of the clinker shows lattice plane spacings, including those of the maximum intensities, of d - 4.90, 3.75, 3.49, 3.24, 2.90, 2.65 and 2.16. This order is not ordered according to the magnitude of the intensities, since the values for the strongest intensities vary from case to case and depend on small admixtures that increase or tend to weaken certain network plane reflections.

In der folgenden Tabelle sind die obengenannten Röntgenbeugungsstrahlenwerte mit solchen verglichen, die von Halstead & Moore in »Journal of Applied Chemistry«, Bd. 12, 1962, S. 415, von F u k u d a in »Journal of Ceramic Association of Japan«, Bd. 69, und in einer weiteren Vergleichsarbeit ermittelt werden: In the following table the above-mentioned X-ray diffraction values are compared with those that of Halstead & Moore in "Journal of Applied Chemistry", Vol. 12, 1962, p. 415, by F u k u d a in "Journal of Ceramic Association of Japan", vol. 69, and in another comparative study:

Vergleichswerte der Röntgenstrahlenbeugung
der Zusammensetzung C₁A₃SComparative values of X-ray diffraction
of the composition C ₁ A ₃ S

(D(D (2)(2) steadstead (3)(3) (4)(4) Werte in denValues in the Werte vonValues of to 0 reto 0 right Wertevalues Werte ausValues ErfindungsInvention HaiShark (5)(5) vonfrom derthe unterlagendocuments & V& V (100)(100) FukudaFukuda Tabelle—55—Table — 55— (1) 4,90(1) 4.90 4,924.92 4,929 (M)4.929 (M) (2) 3,75(2) 3.75 3,763.76 (8)(8th) 3,753.75 3,760 (SS)3.760 (SS) (3) 3,49(3) 3.49 (7)(7) (4) 3,24(4) 3.24 3,253.25 (25)(25) 3,243.24 3,254 (M)3.254 (M) (5) 2,90(5) 2.90 2,912.91 2,166 (22)2.166 (22) 2,912.91 2,917 (M)2.917 (M) (6) 2,65(6) 2.65 2,652.65 2,652.65 2,657 (S)2.657 (S) (7) 2,16(7) 2.16 2,172.17 2,169 (MS)2.169 (MS)

4040

4545

5555

Außer für den Wert 3,49, der erfindungsgemäß ermittelt wurde, sind nahezu identische Werte in den Vergleichsdaten vorhanden. In Klammern sind in Spalte (2) die Intensitätszahlenwerte und in Spalte (4) die Intensitätsangaben in Abkürzung angeführt. Die Buchstaben bedeuten: (M) = mittel, (SS) = sehr stark und (MS) = mittelstark.Except for the value 3.49, which was determined according to the invention, there are almost identical values in the Comparison data available. In brackets are the intensity values in column (2) and in column (4) the intensity information is given in abbreviation. The letters mean: (M) = medium, (SS) = very strong and (MS) = medium strength.

Durch diese röntgenographischen Daten kann die für den Klinker erforderliche Zusammensetzung C₄A₃S bestimmt werden. _{The composition C 4} A ₃ S required for the clinker can be determined from these X-ray data.

Das freie CaSO₄ wird nach der Forsen-Methode, durch Verwendung gesättigten Kalkwassers (beschrieben in A. C. I. Journal, Bd. 31, Juni 1960) bestimmt.The free CaSO ₄ is determined by the Forsen method using saturated lime water (described in ACI Journal, Vol. 31, June 1960).

Sein Anteil beträgt nicht mehr als 5%. bezogen auf das Gewicht des Klinkers. Die Summe von freiem CaO und SO₃ ist größer als etwa 37 Gewichtsprozent, bezogen auf den Klinker. Das Gewichtsverhältnis von (freiem CaO + SO₃) zu (Gesamt CaO + Al₂O₃ + SO₃) ist größer als etwa 0,38. Die Summe CaO + Al₂O₃ + SO₃ ist größer als etwa 75% des Gewichts des Klinkers. In den obigen Ausführungen, die sich auf Al₂O₃ beziehen, ist TiO₂ ausgeschlossen. Alle angewandten Verfahren zur Bestimmung entsprechen den ASTM-C 114-58-Angaben für Analysen des Portlandzements, mit Ausnahme des freien CaSO₄, das, wie angegeben, nach der Forsen-Methode bestimmt wurde.Its share is no more than 5%. based on the weight of the clinker. The sum of free CaO and SO ₃ is greater than about 37 percent by weight, based on the clinker. The weight ratio of (free CaO + SO ₃ ) to (total CaO + Al ₂ O ₃ + SO ₃ ) is greater than about 0.38. The sum of CaO + Al ₂ O ₃ + SO ₃ is greater than about 75% of the weight of the clinker. In the above explanations relating to Al ₂ O ₃ , TiO _{2 is} excluded. All methods used for the determination correspond to the ASTM-C 114-58 specifications for analyzes of Portland cement, with the exception of the free CaSO ₄ , which, as stated, was determined by the Forsen method.

In den folgenden Beispielen 1 bis 3 ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Klinkers und in den Beispielen 4 und 5 ist die besondere Eignung desselben näher erläutert.In the following Examples 1 to 3, the production of the clinker according to the invention and in the Examples 4 and 5 explain their particular suitability in more detail.

example 1

Herstellung von Klinker A-IProduction of clinker A-I

Ein inniges, feinverteiltes Rohgemisch wurde aus folgenden Bestandteilen, deren Mengen in Gewichtsprozent angegeben sind, hergestellt:An intimate, finely divided raw mixture was made up of the following ingredients, their amounts in percent by weight are specified, manufactured:

Handelsübliche Qualität Calcium-Commercial quality calcium

carbonatmehl (Schlämmkreide) 51,7 %carbonate flour (whiting chalk) 51.7%

Handelsübliche Qualität Gips 31,3 %Commercial quality gypsum 31.3%

Handelsübliche Qualität hydratisierteCommercial grade hydrated

Tonerde 17,0°/₀ Alumina 17.0 ° / ₀

Gesamt... 100,0 °/₀ Total ... 100.0 ° / ₀

Das Gemisch wurde bis zu einem Feinheitsgrad gemahlen, daß es bis etwa 90% durch ein DIN-Prüfsieb 80 ging, und wurde mit Wasser zu einem dünnen Brei verrührt, in einer Schichtdicke von 1,27 cm verstrichen, getrocknet und dann in Stücke von 2,54 bis 1,27 cm² geschnitten.The mixture was ground to a degree of fineness that it passed through a DIN 80 test sieve up to about 90%, and was mixed with water to a thin paste, spread in a layer thickness of 1.27 cm, dried and then cut into pieces of 2 , 54 to 1.27 cm ² cut.

An Stelle des Gemisches kann jeder Bestandteil getrennt bis zum gewünschten Feinheitsgrad gemahlen werden und dann trocknen oder naß vermengt, mit Wasser zu einem Brei geformt, ausgebreitet werden usw. In jedem Fall werden die erhaltenen Stücke in einen elektrischen Ofen gebracht und bis zur beginnenden Sinterung erhitzt (1410° C). Der hierbei gewonnene Klinker hatte folgende Zusammensetzung:Instead of the mixture, each component can be ground separately to the desired degree of fineness and then dry or wet mixed, formed into a paste with water, spread out etc. In any case, the pieces obtained are placed in an electric furnace and up to the beginning Sintering heated (1410 ° C). The clinker obtained in this way had the following composition:

Analyse des Klinkers A-IAnalysis of clinker A-I

CaO (gesamt) 54,4%CaO (total) 54.4%

Al₂O₃ 25,6%Al ₂ O ₃ 25.6%

SO₃ 18,4 %SO ₃ 18.4%

SiO₂ 0,76%SiO ₂ 0.76%

Fe₂O₃ 0,28%Fe ₂ O ₃ 0.28%

MgO 0,43%MgO 0.43%

TiO₂ 0,01%TiO ₂ 0.01%

Glühverlust 0,47 %Loss on ignition 0.47%

Durch chemische Analyse wurde festgestellt, daß der Klinker A-I 23,2% freies CaO und 1,1 °/_? freies CaSO₄ enthielt. Alle chemischen Analysen, mit Ausnahme der Bestimmung des freien CaSO₄, wurden nach der ASTM-C 114-58-Methode durchgeführt. Die Bestimmung des freien CaSO₄ erfolgte nach der Forsen-Methode, bei der gesättigtes Kalkwasser als Extraktionsmittel verwendet wird, wie von Toshio M a η a b e in »Determination of Calcium SuIfoaluminate in Cement Paste by Tracer Technique«, A. C. I. Journal, Bd. 31, Nr. 7, Juni 1960, beschrieben ist. ^: By chemical analysis it was found that the clinker AI 23.2% free CaO and 1.1% / _? contained free CaSO ₄ . All chemical analyzes, with the exception of the determination of the free CaSO ₄ , were carried out according to the ASTM-C 114-58 method. The determination of the free CaSO _{4 was} carried out according to the Forsen method, in which saturated lime water is used as the extractant, as described by Toshio Ma η abe in "Determination of Calcium SuIfoaluminate in Cement Paste by Tracer Technique", ACI Journal, Vol. 31, No. 7, June 1960. ^:

Aus den obigen Werten wurde gefunden: (A) freies CaO plus SO₃ ist gleich 41,6%; (B) die Summe von CaO, Al₂O₃ (ausgenommen TiO₂) und SO₃ ist 98,4%, und (C) das Verhältnis von A zu B ist 0,423. Einfachheitshalber und um Wiederholungen zu vermeiden, sollen in den folgenden Beispielen diese Summen als A, B bzw. C bezeichnet werden.From the above values it was found: (A) free CaO plus SO ₃ equals 41.6%; (B) the sum of CaO, Al ₂ O ₃ (excluding TiO ₂ ) and SO ₃ is 98.4%, and (C) the ratio of A to B is 0.423. For the sake of simplicity and to avoid repetition, these sums will be referred to as A, B and C, respectively, in the following examples.

Beispiel 2 Herstellung von Klinker C-4Example 2 Production of Clinker C-4

Dieser Klinker wurde gemäß dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei jedoch das Rohgemisch folgende Gewichtsprozente aufwies: Industrieller Hochqualitäts-Kalkstein 48,5 %This clinker was produced according to the method described in Example 1, except that the The raw mixture had the following percentages by weight: Industrial high quality limestone 48.5%

Handelsübliche Qualität Gips 28,7%Commercial quality gypsum 28.7%

Südamerikanischer Bauxit 22,8 %South American Bauxite 22.8%

Gesamt... 100,0%Total ... 100.0%

Die Temperatur der beginnenden Schmelze war 1354°C.The temperature of the incipient melt was 1354 ° C.

Die Analyse des Klinkers C-4 zeigt folgende Ergebnisse: The analysis of clinker C-4 shows the following results:

Klinker-C-4-AnalyseClinker C-4 analysis

CaO (gesamt) 55,5%CaO (total) 55.5%

Al₂O₃ 22,1%Al ₂ O ₃ 22.1%

SO₃ 19,0%SO ₃ 19.0%

SiO₂ 1,40%SiO ₂ 1.40%

Fe₂O₃ 0,58%Fe ₂ O ₃ 0.58%

MgO 0,00%MgO 0.00%

TiO₂ 0,77%TiO ₂ 0.77%

Glühverlust 0,60%Loss on ignition 0.60%

Freier Kalk war zu 23,5% und freies CaSO₁ war zu 1,9% vorhanden. Die Bestimmungen erfolgten nach den im Beispiel 1 beschriebenen Methoden. Die Werte A, B und C waren 42,5%, 96,6% bzw. 0,440.Free lime was 23.5% and free CaSO ₁ was 1.9%. The determinations were carried out according to the methods described in Example 1. The values A, B and C were 42.5%, 96.6% and 0.440, respectively.

Beispiel 3 Herstellung von Klinker B-4Example 3 Production of clinker B-4

Bei diesem Versuch wurde ein mit Heizöl geheizter Drehofen unter Verwendung von Preßluft an Stelle eines elektrischen Brennofens verwendet. Das gemahlene Rohgemisch wurde unter Anwendung einer Wassersprühung in einer Mischtrommel granuliert und abgesiebt, um ein Aufgabegut mit einer Granuliergröße zwischen 1,27 cm und DIN-Prüfsieb 1 zu erhalten. Das Rohgemisch hatte folgende Zusammensetzung (Gewichtsprozente):In this experiment, a rotary kiln heated with fuel oil using compressed air was in place an electric kiln. The ground crude mixture was made using a Water spray granulated in a mixing drum and sieved to produce a feed material with a granulation size between 1.27 cm and DIN test sieve 1. The raw mixture had the following composition (Percentages by weight):

Handelsübliche Qualität Calcium-Commercial quality calcium

carbonatmehl (Schlämmkreide) 48,7 %carbonate flour (whipping chalk) 48.7%

Handelsübliche Qualität Gips 28,7 %Commercial quality gypsum 28.7%

Südamerikanischer Bauxit 22,6 %South American Bauxite 22.6%

Gesamt... 100,0%Total ... 100.0%

Al₂O₃.
SO₃...
SiO₂..
Fe₂O₃.
MgO .
TiO₂..Al ₂ O ₃ .
SO ₃ ...
SiO ₂ ..
Fe ₂ O ₃ .
MgO.
TiO ₂ ..

bzw. 2,2% vorhanden. Die Werte von A, B und C waren 40,3%, 96,2% bzw. 0,419.or 2.2% present. The values of A, B and C were 40.3%, 96.2% and 0.419, respectively.

Example 4

Prüfung der ausdehnbaren Produkte A-I, B-4, C-4 (Unbelastete Prismen)Testing of expandable products A-I, B-4, C-4 (unloaded prisms)

Jeder der genannten Klinker (A-I, C-4 und B-4) wurden bis zu einem geeigneten Feinheitsgrad gemahlen (zwischen 2500 und 3000 cm² pro Gramm, bestimmtEach of the clinkers mentioned (AI, C-4 and B-4) were ground to a suitable degree of fineness (between 2500 and 3000 cm ² per gram, determined

ίο nach ASTM C 204-55) und in verschiedenen Mengenverhältnissen mit eine mhandelsüblichen ASTM Typ-II-Portlandzement vermengt. Dieser Portlandzement enthielt zwischen 53 und 57% Tricalciumsilicat, entsprach aber sonst den Anforderungen des ASTM-Typ-II-Portlandzements. Jedes Gemenge von expansivem Zement (Klinker A-I, C-4 oder B-4) und Portlandzement wurde mit einem Zuschlagstoff gemischt und wie folgt in Prismen geformt.ίο according to ASTM C 204-55) and in different proportions with a commercially available ASTM Type II Portland cement mixed up. This Portland cement contained between 53 and 57% tricalcium silicate, corresponding but otherwise the requirements of ASTM Type II Portland cement. Any mix of expansive cement (clinker A-I, C-4 or B-4) and Portland cement was mixed with an aggregate and shaped into prisms as follows.

Der Zuschlagstoff war ein Gemisch von 40% Sand und 60% klaren Flußkies mit einem Größtkorn von 1,90 cm. Der Zementfaktor betrug 8 Sack Zementgemisch pro 0,7645 m³ des fertigen Betons. Wasser wurde in einer Menge von 31 Gewichtsprozent, bezogen auf das Zementgemisch, zugegeben. Das Gemisch hatte ein Ausbreitmaß von 2,54 bis 5,08 cm nach der Methode von ASTM C 143-58. Das feuchte Gemisch wurde unter leichtem Vibrieren in Formen vergossen, deren innere Ausmessungen 2" · 2" · 12" betrugen. Die erstarrten Prismen wurden nach 8 Stunden entformt. Die ersten Längemessungen wurden zu diesem Zeitpunkt gemacht und die Prismen dann in Nebel bei 21,1⁰C und bei 100% relativer Feuchtigkeit gelagert. Die Längenänderungen wurden täglich gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.The aggregate was a mixture of 40% sand and 60% clear river gravel with a maximum grain of 1.90 cm. The cement factor was 8 bags of cement mixture per 0.7645 m ^{3 of} the finished concrete. Water was added in an amount of 31 percent by weight based on the cement mixture. The mixture had a slump of 2.54 to 5.08 cm by the method of ASTM C 143-58. The damp mixture was poured into molds, the inner dimensions of which were 2 "x 2" x 12 ", with gentle vibration. The solidified prisms were demolded after 8 hours. The first length measurements were made at this point in time and the prisms were then fogged at 21, 10 ^° C. and stored at 100% relative humidity. The changes in length were measured daily. The results are compiled in Table I below.

Table I.

Die Analyse des Klinkers B-4 ergab folgende Werte:The analysis of clinker B-4 resulted in the following values:

CaO (gesamt) 55,0%CaO (total) 55.0%

23,8%23.8%

17,4% 1,70% 0,55 o/o 0,38 % 0,65% Glühverlust 0,55%17.4% 1.70% 0.55 o / o 0.38% 0.65% loss on ignition 0.55%

Freies CaO und freies CaSO₄, bestimmt nach der im Beispiel 1 beschriebenen Methode, waren 22,9Free CaO and free CaSO ₄ , determined by the method described in Example 1, were 22.9

Alter der
Lagerung
Tage nach
dem Einschlagen Age of
storage
Days after
the impact

1
2
3
4
51
2
3
4th
5

Alter bei der
beendeten
Ausdehnung, TageAge at the
ended
Expansion, days

Maximale
lineare Ausdehnung,
ausgedrückt
in % Maximum
linear expansion,
expressed
in %

(D
Expandierende Komponente des(D
Expanding component of the

Zementgemisches
A-I I C-4 I C-4 I B-4 I B-4 I B-4Cement mix
AI I C-4 I C-4 I B-4 I B-4 I B-4

(2)(2)

Menge der expandierenden Komponente
(Gewichtsprozent, bezogen auf denAmount of expanding component
(Weight percent, based on the

Gesamtzement)Total cement)

25 I 20 I 25 I 20 I 25 I 30
Ausdehnung ausgedrückt in °/o25 I 20 I 25 I 20 I 25 I 30
Expansion expressed in ° / o

1,01.0 0,30.3 0,60.6 0,10.1 0,50.5 2,22.2 1,01.0 2,42.4 0,30.3 1,61.6 3,83.8 3,33.3 6,56.5 0,80.8 2,72.7 5,55.5 4,54.5 7,47.4 2,12.1 4,44.4 5,75.7 5,15.1 8,48.4 3,33.3 4,44.4 5,75.7 5,25.2 8,48.4 3,53.5 4,44.4 5,75.7 5,25.2 8,48.4 3,53.5 4,44.4 55 66th 55 66th 44th 5,75.7 5,25.2 8,48.4 3,53.5 4,44.4

0,5
2,1
5,4
8,9
8,9
8,9
8,90.5
2.1
5.4
8.9
8.9
8.9
8.9

Im Beispiel 4 waren die Prismen unbelastet. Durch Einsetzen von Bewehrungsstahl, um die Prismen während des Erhärtens zu belasten, rief der Ausdehnungs-In example 4 the prisms were unloaded. By inserting rebar around the prisms during of hardening, called the expansion

Vorgang Zugspannungen im Stahl und infolgedessen Druckspannung im Beton hervor.Process tensile stresses in the steel and consequently compressive stresses in the concrete.

Das folgende Beispiel zeigt die Vorspannung des Verstärkungsstahles.The following example shows the prestressing of the reinforcement steel.

Example 5

Prüfung der bewehrten Prismen
Die Betonmischungen wurden gemäß Beispiel 4 hergestellt, und zwar mit den dort beschriebenen Zementgemengen, und die feuchten Gemische wurden in Prismen verformt. Es wurden aber, sofort nach dem Entformen der Prismen, Stahlstäbe, deren Querschnitt 1,1% des Querschnittes der Prismen betrug, in eine Belastungsvorrichtung außerhalb der Prismen angebracht. Das heißt, der Stahl wurde nicht in den Beton eingebettet, sondern mit einer Belastungsvorrichtung verbunden, so daß die Ausdehnung der Prismen auf den Stahl übertragen wurde, in welchem infolgedessen eine Spannung verursacht wurde. Die Ergebnisse sind ίο in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.Examination of the reinforced prisms
The concrete mixes were prepared according to Example 4, with the cement mixes described there, and the wet mixes were shaped into prisms. However, immediately after the prisms had been removed from the mold, steel rods, the cross section of which was 1.1% of the cross section of the prisms, were placed in a loading device outside the prisms. That is, the steel was not embedded in the concrete but connected to a loading device so that the expansion of the prisms was transmitted to the steel, in which a stress was caused as a result. The results are compiled in Table II below.

Table II

(D
Expandierende
Komponente (D
Expanding
component (2)
Menge von (1) in
Gewichtsprozent,
bezogen auf den(2)
Amount of (1) in
Weight percent,
Based on the Maximale
Ausdehnung
inMaximum
expansion
in Zeit bis zur
maximalen
AusdehnungTime to
maximum
expansion Eigenspannung, kg/cm²,
zur Zeit der maximalen
AusdehnungResidual stress, kg / cm ² ,
at the time of the maximum
expansion Betonconcrete GesamtzementTotal cement %% (Tage)(Days) Stahlsteel 79,8079.80 A-IA-I 2525th 0,500.50 33 7 2417 241 85,4085.40 C-4C-4 2020th 0,530.53 44th 7 5227 522 87,5087.50 C-4C-4 2525th 0,550.55 33 8 0148 014 87,5087.50 B-4B-4 2020th 0,550.55 77th 8 0148 014 79,8079.80 B-4B-4 2525th 0,500.50 33 7 2417 241 119,00119.00 B-4B-4 3030th 0,750.75 33 10 90210 902

4545

In den expandierenden Zementkomponenten der vorliegenden Erfindung ist Aluminiumoxyd (Al₂O₃) ein bevorzugter Bestandteil, aber es kann teilweise oder ganz durch andere Sesquioxyde, wie Cr₈O₃, Mn₂O₃, Fe₂O₃ und V₂O₃ ersetzt werden.In the expanding cement components of the present invention, alumina (Al ₂ O ₃ ) is a preferred ingredient, but it can be partially or wholly replaced by other sesquioxides such as Cr ₈ O ₃ , Mn ₂ O ₃ , Fe ₂ O _3, and V ₂ O ₃ will.

Aus den Darstellungen geht hervor, daß expandierende Zementkomponenten geschaffen wurden, die, wenn sie mit regulärem Portlandzement vermengt werden, eine weitgehende Ausdehnung des aus den Gemengen hergestellten Betons bewirken, und daß die Vorspannung des Stahles möglich gemacht wurde, ohne daß der Zusatz eines Terminators erforderlich ist.It can be seen from the illustrations that expanding cement components were created which, when mixed with regular portland cement, an extensive expansion of that from the Batches produced concrete cause, and that the prestressing of the steel was made possible, without the need to add a terminator.

Außerdem ist es durch die Mittel der Erfindung möglich, erstens die Größe der Ausdehnung und zweitens die Geschwindigkeit der Ausdehnung zu regeln. Eine solche Regelung hängt natürlich von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. vonIn addition, by means of the invention it is possible, firstly, the size of the extension and second, to regulate the rate of expansion. Such a scheme depends, of course, on various factors, such as B. from

a) dem Gehalt an Portlandzement,a) the Portland cement content,

b) dem Verhältnis von Wasser zu Zement undb) the ratio of water to cement and

c) der Auswahl der expandierenden Komponente.c) the selection of the expanding component.

Wenn diese Faktoren aber vorgegeben sind, ist es möglich, durch Variation des Mengenanteils der expandierenden Komponente die Größe und die Geschwindigkeit der Ausdehnung zu regeln. Bei Betrachtung der Tabelle I wird z. B. deutlich, daß bei Verwendung von 20, 25 oder 30 °/₀ des Klinkers B-4 Ausdehnungen (unbelastet) von 3,5, 4,4 bzw. 8,9 % erreicht wurden und daß die Geschwindigkeit der Ausdehnung beachtlieh variierte und viel größer ist mit einem Zusatz von 30% als mit Zusätzen von 20 und 25 %. Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß im Falle der eingespannten Prismen mit Bewehrungsstahl eine ähnliche Regelung (wachsende Größe und wachsende Geschwindigkeit) mit dem gleichen Klinker (B-4) erreicht wurde, indem größere Mengen dieser expandierenden Komponente verwendet wurden. Die Möglichkeit, die Größe der Ausdehnung und/oder Eigenspannung zu regeln (sowie zu erreichen) und deren Geschwindigkeit zu regeln, ist ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. If these factors are given, however, it is possible to regulate the size and the rate of expansion by varying the proportion of the expanding component. Looking at Table I, e.g. B. clearly that when using 20, 25 or 30 ° / ₀ of clinker B-4 expansions (unloaded) of 3.5, 4.4 and 8.9% were achieved and that the rate of expansion varied considerably and is much greater with an addition of 30% than with additions of 20 and 25%. From Table II it can be seen that in the case of the rebar clamped prisms, similar control (increasing size and increasing speed) was achieved with the same clinker (B-4) by using larger amounts of this expanding component. The possibility of regulating (and also achieving) the size of the expansion and / or internal stress and of regulating their speed is a great advantage of the composition according to the invention.

Claims

Patent claims:

1. Cement composition, consisting essentially of a main proportion of Portland cement and a swelling component, the proportion of which in the composition is sufficient to at least compensate for the shrinkage of the Portland cement, characterized in that the by burning a mixture of starting materials, which include CaO ₃ , Al ₂ O ₃ and SO ₃ provide swelling components made from (a) a stable calcium aluminum sulfate, (b) about 21 to 40%, based on the swelling component, extractable according to the ASTM C 114-58 method, produced at a temperature up to a maximum of 1590 ° C CaO and (c) at most about 5%, based on the swelling component, of anhydrous CaSO _{4 which} can be extracted by the Forsen method, the calcium aluminum sulfate having the maximum X-ray diffraction intensities at d - 4.90, 3.75, 3.49, 3.24, 2.90 and 2.16.

2. Cement composition according to claim 1, characterized in that it is free from any the expansion rate and size is controlling agents.

3. swelling component as an additive to Portland cement according to claim 1, characterized in that it consists of a clinker which contains a major proportion by weight of a calcium-aluminum sulfate of the composition (CaO) ₄ (Al ₂ O ₃ ) ₃ SO _{3 which is stable up to about 1590 ° C} , about 21 to 40%. based on the weight of the swelling component, free CaO, which can be extracted according to the ASTM C 114-58 method, and contains no more than 5%, based on the weight of the swelling component, anhydrous CaSO ₄ , which can be extracted according to the forsen method.

009 552/248