DE19600445A1 - Homogene ungehärtete Zusammensetzung auf Basis Zement - Google Patents
Homogene ungehärtete Zusammensetzung auf Basis ZementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine homogene ungehärtete
Zusammensetzung auf Basis Zement, die mit Zusatz von Wasser
und gegebenenfalls mit weiteren Bestand einem
Homogenisierungs- und Mischprozeß unterzogen wird, zum
Herstellen von Mörteln oder von gehärteten Formkörpern.
Seit vielen Jahren ist man bestrebt, Zementzusammensetzungen
zu schaffen, die die Herstellung gehärteter Formkörper mit
hoher packungsdichte, hoher Druckfestigkeit und hoher
Korrosionsbeständigkeit ermöglichen. Aus der EP 00 10 777 ist
eine Zementzusammensetzung bekannt, enthaltend ein
hydraulisches Bindemittel aus einem sehr feinen
Siliziumdioxydstaub und Feststoffteilchen mit Anteilen
Portland-Zement, ein Beton-Superplastifiziermittel in Mengen
von 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des
Silziumdioxydstaubs und Portland-Zements, Wasser in einem
Gewichtsverhältnis zwischen Wasser und dem Bindemittel von
0,12 bis 0,30 sowie Fasern und gegebenenfalls gröbere
Zuschlagstoffe als das Bindemittel in ausgewählten Größen und
Mengenverhältnissen. Hieraus können Formkörper hoher
Druckfestigkeiten durch homogenes Vermischen der Bestandteile
hergestellt werden. Obgleich Formkörper hoher
Druckfestigkeiten herstellbar sind, kann bei dem bekannten
Verfahren und Zusammensetzung als nachteilig angesehen werden,
daß durch den Einsatz eines Produktes aus einem industriellen
Prozeß, nämlich feiner Siliziumdioxydstaub-Feststoffteilchen,
eine Variabilität in der chemischen Zusammensetzung auch
bezüglich der Zusammensetzung der Teilchengrößen auftreten
kann. Es ist sogar möglich, daß diese reaktiven puzzolanischen
Stoffe, wie Siliziumdioxydstaubteilchen durch die
Herstellungsprozesse noch aktive Komponenten enthalten können,
wenn auch in sehr geringem Umfange, die in den ausgehärteten
Formkörpern verbleiben und über lange Perioden Probleme durch
Zersetzung hervorrufen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Zementzusammensetzung zum Herstellen von gehärteten
Formkörpern hoher Druckfestigkeit und Dichte vorzuschlagen,
die die Nachteile der bekannten Zusammensetzungen überwindet.
Erfindungsgemäß wird eine homogene ungehärtete Zusammensetzung
auf Basis Zement zum Herstellen von Mörtel oder von gehärteten
Formkörpern vorgeschlagen, die
- a) 15 bis 30 Gew.-Teile eines hydraulischen Zements,
- b) 2 bis 10 Gew.-Teile eines puzzolanischen Materials auf Basis von Metakaolin
- c) 0,3 bis 1,5 Gew.-Teile (Trockenmasse) eines Beton verflüssigers enthält,
wobei das Verhältnis W/Z+M von Wasser W zu (hydraulischem
Zement Z der Komponente a + puzzolanischem Material M der
Komponente b) im Bereich 0,25 bis 0,37 liegt.
Es wurde nun überraschender Weise gefunden, daß eine Zunahme
der Dichte von gehärteten Formkörpern, enthaltend eine
Zusammensetzung gemäß Patentanspruch 1, auf 2,3 bis 3,3 g/cm³
und Druckfestigkeiten von 160 bis 300 N/mm² erzielbar sind.
Die Druckfestigkeiten werden hierbei nach DIN 51 223 ermittelt.
Erfindungswesentlich ist hierbei der Einsatz von Metakaolin
als puzzolanisches Material, das zusammen mit dem
hydraulischen Zement, insbesondere Portland-Zement, das
hydraulische Bindemittel bildet. Unter Metakaolin bzw.
Metakaolinit ist ein aktiviertes Produkt von Kaolinit zu
verstehen, das vorzugsweise durch thermische Behandlung
erhalten wird. Metakaolin wird chemisch durch die Symbole AS₂
charakterisiert, wobei A für Al₂O₃ und S für SiO₂ steht.
Metakaolin wird beispielsweise durch thermische Behandlung von
Kaolinit bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 900°C während
einer Dauer von mehreren Stunden erhalten.
Das Metakaolin enthält keine unerwünschten Verunreinigungen
mineralischer Art, die die Aushärtung oder die Festigkeit der
gehärteten Formkörper beeinflussen würde. Im Gegenteil wird
durch den Einsatz von Metakaolin, wenn es anteilig Portland-Zement
ersetzt, die Festigkeit der hergestellten ausgehärteten
Formkörper erhöht.
Metakaolin wird also insbesondere von ausgewähltem Kaolin
durch Raffinieren und Calcinieren bei erhöhten Temperaturen
erhalten, um so ein puzzolanisches Material mit einer hohen
puzzolanischen Reaktivität zu erhalten.
Hierbei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, ein Metakaolin mit
einer puzzolanischen Reaktivität größer als 600 mg Ca(OH)₂ je
Gramm Metakaolin bevorzugt eingesetzt. Diese puzzolanische
Reaktivität wird nach dem Chapelle-Test ermittelt.
Um eine dichte Packung der Bestandteile der
Zementzusammensetzung zu erhalten, ist es von Vorteil, das
Bindemittel aus den Komponenten a und b aus Teilchen
unterschiedlicher Größe zusammenzusetzen, so daß die kleinen
Teilchen die Hohlräume zwischen den größeren Teilchen
ausfüllen können. Insbesondere wird vorgeschlagen, als
hydraulischen Zement Portland-Zement mit einer spezifischen
Oberfläche von etwa 3000 bis 7000 cm²/g einzusetzen und ein
Metakaolin mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens
100.000 cm²/g, insbesondere größer als 140.000 cm²/g.
Überraschend hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäß
ausgewählten Komponenten a und b in Verbindung mit üblichen
Mengen eines Betonverflüssigers, gemessen in der Trockenmasse,
insbesondere von Beton-Superplastifiziermitteln, zu gut
verarbeitbaren Zementzusammensetzungen führen, die bei Wasser
zu Bindemittelverhältnissen (Bindemittel hier Komponente a und
b) im Bereich von 0,25 bis 0,37 gut homogenisierbar mischbar
und verarbeitbar sind.
Aus der EP 0333 584 A1 bzw. EP 02 52 848 A1 sind bereits
Zementzusammensetzung, enthaltend Metakaolin, bekannt, die
jedoch zur Einarbeitung von Glasfasern und Herstellen
faserverstärkter gehärteter Formkörper mit dem Zusatz von
Polymeren, wie beispielsweise Styrolacrylaten, Styrolbutadien,
Polyvinylacetaten, Polychloroprenacrylaten, Acrylnitrilen,
Vinylacrylen oder Epoxiharzen arbeiten.
Mit der erfindungsgemäßen Mischung ist es möglich, Mörtel
herzustellen und insbesondere gehärtete Formkörper unter
Zusatz entsprechender Zuschlagstoffe mit einem mittleren
Teilchendurchmesser (Körnung) größer 0,1 mm und ebenso
faserverstärkte gehärtete Formkörper, denen zusätzlich Fasern
zugesetzt werden.
Gehärtete faserverstärkte Formkörper hoher Druckfestigkeiten
von bis zu 300 N/mm² werden durch Einsatz von
Zusammensetzungen gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des
Anspruches 5 erhalten.
Um Mörtelmischungen herzustellen, werden der Zusammensetzung
gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1, nämlich
hydraulischer Zement Metakaolin und Betonverflüssiger,
vorzugsweise Quarzsand oder Bauxit mit einer Teilchengröße bis
zu maximal etwa 10 mm zugegeben.
Für die Herstellung hochfester dichter gehärteter Formkörper
werden zusätzlich harte Zuschlagstoffe, insbesondere solche
mit einer Mohshärte von mehr als 7, bezogen auf das Mineral,
aus dem das Teilchen besteht, wie beispielsweise Korund,
Carborundum oder Granit neben anderen Zuschlägen, wie Bauxit
oder Aluminiumoxyden, eingesetzt.
Bevorzugt werden auch Fasern mit Längen bis etwa 15 mm,
gegebenenfalls auch länger eingesetzt, wobei je nach
Anwendungsbereich Metallfasern, insbesondere Stahlfasern,
Mineralfasern, wie Glasfasern oder Kunststoffasern, hierbei
hochfeste Kunststoffasern oder Polypropylenfasern oder
Kohlenstoffasern, in Frage kommen. Geeignete Stahlfasern
weisen beispielsweise eine Länge von 6 bis 30 mm bei einem
Durchmesser von etwa 0,1 bis 0,4 mm auf. Der Anteil der Fasern
an der Gesamtzusammensetzung sollte maximal bis zu 15 Gew.-%
betragen, bevorzugt wird er im Bereich von 5 bis 15 Gew.-%
liegen.
Die Körnungen der Zuschlagstoffe sind unterschiedlich gewählt,
einerseits basierend auf den Materialien zum anderen auch im
Hinblick auf eine möglichst hohe zu erzielende Packungsdichte.
Die Größe der Teilchen der Zuschlagstoffe sollte jedoch
üblicherweise 10 mm nicht überschreiten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den
kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.
Geeignete Beton-Superplastifizierer sind handelsüblich
erhältlich und es können für die vorliegende Erfindung auch
hier nicht aufgeführte auf dem Markt angebotene handelsübliche
Beton-Superplastifizierer eingesetzt werden, gegebenenfalls
auch Abmischungen derselben.
Eine Auflistung von geeigneten Beton-Superplastifiziermitteln
ist beispielsweise in "Superplasticizing admixtures in
concrete", herausgegeben von der Cement and Concrete
Association, Wexham Springs, Slough, 1978 (ISBN 07210 10296)
enthalten.
Mit "hydraulischer" Zement sind solche Zemente gemeint, die
eine oder mehrere Verbindungen enthalten, die eine Kombination
aus einem oder mehreren der Elemente Calcium, Aluminium,
Silizium, Sauerstoff und/oder Schwefel darstellen und die
durch Reaktion dieser Verbindungen mit Wasser abbinden und
aushärten. Diese Definition umfaßt solche Zemente, die
üblicherweise als Portland-Zemente klassifiziert werden, wie
gewöhnlicher Portland-Zement, rasch härtetender und extra
rasch härtender Portland-Zement, sulfatbeständiger Portland-Zement,
weißer Portland-Zement und andere modifizierte
Portland-Zemente, solche Zemente, die üblicherweise als
aluminöse Zemente mit hohem Aluminiumoxidgehalt bezeichnet
werden oder Calciumaluminat-Zemente, Gips. Es können auch
verschiedene Zementsorten für die Herstellung einer
Zusammensetzung gemäß der Erfindung eingesetzt werden. Des
weiteren ist es auch möglich, geringe Mengen an verträglichen
Betonzusatzmitteln der Zusammensetzung zuzugeben, wie
beispielsweise Betondichtungsmittel, Erstarrungsverzögerer,
Erstarrungsbeschleuniger neben den bereits aufgeführten
Betonverflüssigern.
Bei Einsatz von Fasern dienen Kunststoffasern, wie solche aus
Polypropylen oder Polyamid oder Polyestern der Verbesserung
der Schlagfestigkeit der hergestellten Produkte, während
mineralische Fasern, Kohlenstoffasern und Stahlfasern der
Erhöhung der Zugfestigkeit der Formkörper dienen.
Die Bestandteile der Zementzusammensetzung, nämlich der
hydraulische Zement, das Metakaolin, Wasser und
Betonverflüssiger, werden einem intensiven Mischvorgang
unterworfen, so daß die Bestandteile sehr regelmäßig durch die
Zusammensetzung verteilt und das Mischprodukt durch
ausgiebiges Mischen homogenisiert wird, so daß gleichzeitig
eine dichte Packung der Teilchen erreicht wird und die
Porenbildung weitgehend unterbunden wird. Zum Mischen und
anschließenden Formen der Formkörper aus der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung können die in der Betonherstellung bekannten
Techniken und Vorrichtungen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel näher
erläutert.
Eine Zusammensetzung zum Herstellen eines gehärteten
faserverstärkten Formkörpers wurde gebildet aus
- - 20 Gew.-Teile Portland-Zement mit einer spezifischen Oberfläche von 5500 cm²/g
- - 5 Gew.-Teile Metakaolin mit einer puzzolanischen Reaktivität von 1050 mg Ca(OH)₂ per g und einer spezifischen Oberfläche größer 140 000 cm²/g,
- - 1 Gew.-Teil Betonverflüssiger Mighty® in Pulverform von Kao Soap, Japan
- - 22 Gew.-Teile Quarzsand mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 0,4 mm
- - 16 Gew.-Teile Bauxit mit einer Teilchengröße von 5 bis 8 mm
- - 21 Gew.-Teile Basalt mit einer Teilchengröße von 2 bis 8 mm
- - 5,5 Gew.-Teile Stahlfasern mit einem Durchmesser von 0,4 mm und einer Länge von 12,5 mm
- - 9,5 Gew.-Teile Wasser, das entspricht einem Verhältnis von Wasser zu Zement plus Metakaolin von 0,38.
Die vorgenannten Bestandteile werden ohne Wasser, d. h. trocken
vermischt mit einem Zwangsmischer während 8 Minuten.
Diese Trockenmischung kann dann sogleich oder auch unter
Lagerung und Transport an einem anderen Ort dann dort weiter
zu den Formkörpern verarbeitet werden. Hierbei wird dann in
die trockene Mischung das Wasser unter Rühren in einer
geeigneten Knet- oder Mischmaschine eingearbeitet, und zwar so
lange, bis eine entsprechende homogenisierte hochviskose
Flüssigkeit entstanden ist, die nachfolgend beispielsweise auf
einen Rütteltisch in die gewünschte Form gegossen wird und
danach aushärtet.
Für die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann zum Beispiel ein
Metakaolin der Firma ECC International Ltd, St. Austell,
Großbritannien, eingesetzt werden, das unter der
Handelsbezeichnung MetaStar® erhältlich ist.
Es wurden auch Prüfkörper hergestellt, die gemäß DIN 51 223 auf
Druckfestigkeit und Dichte gemessen wurden. Die Dichtemessung
ergab 2,84 g/cm³.
Die Druckfestigkeit wurde nach Lagerung der Prüfkörper 28 Tage
bei 20°C im Wasser gemessen und eine Druckfestigkeit von
216 N/mm² gemessen.
Die erzielte hohe Dichte spricht für die dichte Packung des
hergestellten Formkörpers, die zugleich in Verbindung mit den
eingesetzten Bestandteilen zu einer hohen Druckfestigkeit des
hergestellten Formkörpers führt.
Claims (9)
1. Homogene ungehärtete Zusammensetzung auf Basis Zement, die
unter Zusatz von Wasser und gegebenenfalls mit weiteren
Bestandteilen einem Homogenisierungs- und Mischprozeß
unterzogen wird zum Herstellen von Mörtel oder von
gehärteten Formkörpern, enthaltend
- a) 15 bis 30 Gew.-Teile eines hydraulischen Zements
- b) 2 bis 10 Gew.-Teile eines puzzolanischen Materials auf Basis von Metakaolin
- c) 0,3 bis 1,5 Gew.-Teile (Trockenmasse) eines Beton verflüssigers,
wobei das Verhältnis W zu Z plus M von Wasser (W) zu
(hydraulischem Zement (Z) der Komponente a plus
puzzolanischem Material (M) der Komponente b) im Bereich
0,25 bis 0,37 liegt.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß als hydraulischer Zement
Portland-Zement mit einer spezifischen Oberfläche von etwa
3000 bis 7000 cm²/g vorgesehen ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Metakaolin mit einer
spezifischen Oberfläche von mindestens 100 000 cm²/g,
insbesondere größer 140 000 cm²/g, eingesetzt ist.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß Metakaolin mit einer
puzzolanischen Reaktivität größer als 600 mg Ca(OH)₂ je
Gramm Metakaolin eingesetzt ist.
5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
zum Herstellen gehärteter Formkörper, gekennzeichnet durch
- a) 15 bis 30 Gew.-% Portlandzement
- b) 2 bis 10 Gew.-% Metakaolin
- c) 0,3 bis 1,5 Gew.-% (Trockenmasse) Betonverflüssiger und mindestens einen Zuschlagstoff mit einem mittleren Teilchendurchmesser (Körnung) größer 0,1 mm aus der Gruppe Quarzsand, Basalt, Bauxit, Aluminiumoxyde, Korund, Carborundum (SiC), Granit und Fasern, ausgewählt aus der Gruppe Metallfasern, Stahlfasern, Mineralfasern, Glasfasern, Kunststoffasern, Kohlenstoffasern.
6. Zusammensetzung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß Fasern bis zu maximal
25 Gew.-% enthalten sind.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß Zuschlagstoffe mit einer
Mohshärte von mehr als 8 in einer Menge bis zu maximal
80 Gew.-% enthalten sind.
8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß als Betonverflüssiger Alkali-
oder Erdalkalimetallsalze, insbesondere ein Natrium- oder
Calciumsalz eines hochkondensierten
Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Kondensats, von dem mehr als 70% aus
Molekülen, die sieben oder mehr Naphthalinkerne enthalten,
bestehen,
oder sulfoniertes Melamin-Formaldehyd-Kondensat
oder modifiziertes Ligninsulfonat eingesetzt sind.
oder sulfoniertes Melamin-Formaldehyd-Kondensat
oder modifiziertes Ligninsulfonat eingesetzt sind.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1996100445 DE19600445A1 (de) | 1996-01-09 | 1996-01-09 | Homogene ungehärtete Zusammensetzung auf Basis Zement |
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|---|---|---|---|
| DE1996100445 DE19600445A1 (de) | 1996-01-09 | 1996-01-09 | Homogene ungehärtete Zusammensetzung auf Basis Zement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19600445A1 true DE19600445A1 (de) | 1997-07-10 |
Family
ID=7782313
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|---|---|---|---|
| DE1996100445 Withdrawn DE19600445A1 (de) | 1996-01-09 | 1996-01-09 | Homogene ungehärtete Zusammensetzung auf Basis Zement |
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