DE19633447A1 - Schnellerhärtende hydraulische Bindemittelmischung - Google Patents
Schnellerhärtende hydraulische BindemittelmischungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine schnellerhärtende hydraulische
Bindemittelmischung, die neben Portlandzementklinker mit hohem
Sulfatwiderstand, Abbindebeschleuniger sowie einen
Erstarrungsverzögerer enthält, Verfahren zu ihrer Herstellung
und ihre Verwendung.
Aus der europäischen Patentschrift 0 211 365 ist ein
Schnellzement bekannt, enthaltend reaktive Calciumsilicate und
reaktive Aluminate, CaSO₄-halbhydrat, organische
Abbindeverzögerer, Füllstoffe, bei dem sich eine Verzögerung
des Erstarrungsbeginns von mindestens 20 Minuten bis zu
mehreren Stunden einstellen läßt. Gemäß dieser Erfindung ist
der Erstarrungsbeginn vor allem durch entsprechende Mengen an
Calciumsulfathalbhydrat und organischem Abbindeverzögerer
steuerbar.
Aus der DE-PS 42 42 107 ist ein System bekannt, bei dem, unter
Verzicht einer Erhöhung des Calciumaluminatgehaltes und des
Calciumsulfatgehaltes über das für Portlandzemente übliche Maß
hinaus, die Dosierung von Zusätzen, die auf die
Bildungsgeschwindigkeit und das Kristallwachstum des
Ettringites regelnd Einfluß nehmen können, auf die Mahlfeinheit
des Zements abgestimmt werden, so daß hohe Früh- und
Endfestigkeiten bei gleichzeitig guten Verarbeitungszeiten
erreicht werden.
Auch in den internationalen Patentanmeldungen WO 0 92/12 100
und WO 92/12 103 wird ein System gezeigt, bei dem ein
spezieller Zusatzstoff zur Steuerung des Ettringitwachstums
verwendet wird, und zwar in exakter Abstimmung mit dem
Calciumsulfatträger des Zementes. Darüber hinaus wird in diesem
Patent besonders deutlich, welch entscheidenden Einfluß die Art
des Calciumsulfates, in diesem Fall insbesondere des
Halbhydrates, das während der Zementmahlung aus Dihydrat
entstehen kann, bereits in geringen Mengen auf die
Bindemittelmischung hat.
Aus der US-PS 3,689,294 ist ein schnellerhärtender Zement
bekannt, auf der Basis eines calciumsulfatfreien
Portlandzementklinkers, Alkalicarbonat und Ligninsulfonat
bekannt.
Bei diesem System werden in erster Linie Zemente mit erheblich
vermindertem Wasseranspruch und dadurch entsprechend geringem
Porenvolumen des erhärteten Zementsteins erhalten, mit der
Folge höherer Dichtigkeit und höherer Druckfestigkeiten. Auf
den Anspruch, auf diese Weise ein Bindemittel mit genau
regelbarem Erstarrungsverhalten erzeugen zu können, wird dabei
verzichtet. Das Ligninsulfonat wird als Ersatzstoff für
Calciumsulfat verwendet, was das Vorhandensein von
Calciumaluminat C₃A im Klinker bedingt.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß Schnellzemente mit
steuerbarer Erstarrungszeit und hohen Frühfestigkeiten nach dem
Stand der Technik überwiegend erhalten werden, indem
Zementsysteme auf der Basis Portlandzement mit erhöhtem
Calciumaluminat und/oder erhöhtem Calciumsulfat- und
Kalkhydratgehalt mit weiteren Regelzusätzen oder ohne diese
hergestellt werden. Schnellzemente mit hohen Früh- und
Endfestigkeiten werden erhalten, wenn zusätzlich zur, oder an
Stelle der, Erhöhung von Calciumaluminat- und
Calciumsulfatgehalt über das in Portlandzementen übliche Maß
hinaus, eine Abstimmung von Zusätzen, die auf die
Bildungsgeschwindigkeit und/oder das Längenwachstum der
Ettringitkristalle positiv einwirken, auf die Mahlfeinheit des
Zementes und/oder die Art des Calciumsulfatträgers erfolgt.
Aufgrund ihrer Gehalte an reaktiven Calciumaluminaten kann
keines der beschriebenen schnell erhärtenden Bindemittel im
Sinne der DIN 1164 einen hohen Sulfatwiderstand haben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine
schnellerhärtende, wärmebehandlungsfähige, hydraulische
Bindemittelmischung mit hohem Sulfatwiderstand zur Verfügung zu
stellen, welche auf einfache und wirtschaftliche Weise
hergestellt werden kann, die die Nachteile des Standes der
Technik vermeidet und welche insbesondere die reproduzierbare
Einstellbarkeit des Erstarrungsbeginns innerhalb eines
Zeitbereichs bis ca. 1 Stunde, Früh- und Endfestigkeiten durch
Auswahl der Rohstoffe und gezielte Zugabe von Additiven
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst, durch die gattungsgemäße
Bindemittelmischung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1.
Der Grundmischung aus Portlandzementklinker,
Abbindebeschleuniger und Erstarrungsverzögerer kann
gegebenenfalls ein Füllstoff zugeführt werden.
Vorzugsweise werden nachstehende Anteile an den beanspruchten
Komponenten verwendet:
Portlandzementklinker | ||
95,0-99,4 Massen-% | ||
anorganischer Abbindebeschleuniger | 0,5-2,0 Massen-% | |
Erstarrungsverzögerer | 0,01-2,0 Massen-% | |
enthaltend Komponente a) und Komponente b), wobei das Verhältnis der Komponente a) zur Komponente b) 1 : 0,83-6 beträgt und @ | Füllstoff | 3-15 Massen-% |
bezogen auf die Grundmischung |
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann eine
Formulierung der o. g. Zusammensetzung verwendet werden, bei
der jedoch der Erstarrungsverzögerer entweder die Komponente a)
oder die Komponente b) als jeweils alleinige Komponente
enthält.
Zur Definition des erfindungsgemäß eingesetzten
Portlandzementklinkers mit hohem Sulfatwiderstand wird auf
DIN 1164, Teil 1, 1994, Pkt. 6.6.1 verwiesen.
Demnach gilt als Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand ein
Portlandzement mit einem rechnerischen Gehalt an C₃A von
höchstens 3 Gew.-% und mit einem Gehalt an Al₂O₃ von höchstens
5 Gew.-%.
Bekanntlich werden die Eigenschaften der Zemente bei ihrer
Erstarrung und Erhärtung von den im Klinker enthaltenen Phasen
anteilig beeinflußt, wobei in handelsüblichen Portlandzementen
der Ettringitbildung (C₃A·3CaSO₄·32H₂O) große Bedeutung
zukommt.
Da es sich vorliegend um ein System handelt, das weder C₃A noch
einen Sulfatträger enthält, wurden die Hydratphasen eines
handelsüblichen Portlandzementes im Vergleich zu den
Hydratphasen des erfindungsgemäßen Portlandzementes mittels
Röntgenbeugung analysiert, um die zu erwartenden Hydratphasen
des erfindungsgemäßen Zementes definieren zu können.
Dabei ergaben sich im Beugungsverlauf neben Übereinstimmungen
hinsichtlich der silicatischen Hydratphase auch Unterschiede
und zwar dahingehend, daß anstelle des Ettringits - im
Zementstein des handelsüblichen Portlandzementes - Halbcarbonat
- im Zementstein des erfindungsgemäßen Portlandzementes -
auftritt. Vor diesem Hintergrund wurde in analoger Anwendung
bekannter Nomenklaturen, für die Umschreibung der Wirkung des
Erstarrungsverzögerers anstelle der "Hemmung des Wachstums von
Calcium-Aluminatsulfathydraten" die "Hemmung des Wachstums von
Calciumaluminat-Carbonathydraten" gewählt.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß eine Steuerung
des Erstarrungsbeginns in dem geforderten Zeitbereich bis ca. 1
Stunde nur in Gegenwart eines erfindungsgemäßen
Portlandzementklinkers möglich ist.
Ferner zeigte sich, daß bei der erfindungsgemäßen
Bindemittelmischung mit steigendem Zusatz des Verzögerers eine
völlig unerwartete, erhebliche Erhöhung sowohl der
Frühfestigkeiten nach 2 Stunden, als auch der Druckfestigkeiten
nach 24 Stunden eintrat. Dabei handelte es sich erkennbar nicht
um eine Festigkeitserhöhung, wie sie beim Einsatz von
Verzögerern seit langem als Folge vermehrter Keimbildung bei
der Calciumsilicathydratation in Zementen bekannt und
beschrieben ist. An der Entwicklung der Festigkeit innerhalb
der ersten beiden Stunden nach dem Anmachen eines Zementes ist
nach den Kenntnissen des Standes der Technik die Hydratation
der Calciumsilicate noch nicht merklich beteiligt.
Die erfindungsgemäße schnellerhärtende Bindemittelmischung ist
in besonderer Weise geeignet für eine Wärmebehandlung, da sie
in ihrer Grundausführung lediglich das über Brennstoff und
Rohmaterial eingetragene Sulfat enthält. Der Gehalt an SO₃
liegt dadurch im Bereich zwischen 0,2 und 0,6%, überwiegend um
0,3 bis 0,4%, was ungefähr 1/10 des üblichen SO₃-Gehaltes in
Portlandzementen entspricht. Durch diese Minimierung des
Sulfatgehaltes ist die für eine Wärmebehandlungsfähigkeit
geforderte, minimale Bildung von Ettringit in besonderer Weise
bereits über die Zusammensetzung der Bindemittelmischung
gewährleistet.
Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Bindemittelmischung
als Zement für das Trockenspritzverfahren, eröffnet die exakte
Einstellbarkeit des Erstarrungsbeginns bei der Nutzung einer
angepaßten Verfahrenstechnik zusätzlich die Möglichkeit,
naturfeuchte Zuschläge einzusetzen und darüber hinaus die
Kontaktzeit zwischen diesen feuchten Zuschlägen und der
Bindemittelmischung im Bereich einzelner Minuten zu variieren.
Die zweckmäßige Kontaktzeit zwischen einem feuchten Zuschlag
und einer schnellerstarrenden und -erhärtenden
Bindemittelmischung ist maximal so lange, wie es dem
Erstarrungsbeginn der Bindemittelmischung entspricht,
vorausgesetzt, daß vor dem Erstarrungsbeginn eine echte
Ruhephase der Bindemittelmischung nach dem Wasserzusatz,
möglichst ohne Keimbildung, vorhanden ist. Dies ist mit der
erfindungsgemäßen Bindemittelmischung gewährleistet. Das
bedeutet u. a., daß mit Hilfe der Zuschlagsfeuchte durch die
Nutzung z. B. des Mischeffektes eines Durchlaufmischers oder
einer Förderschnecke, eine gute Vorbenetzung der
Bindemittelmischung möglich wird, was neben einer Minimierung
der Staubentwicklung auch eine Verbesserung der
Spritzbetonkonsistenz beim Trockenspritzen zur Folge hat. Das
Einstellen des Erstarrungsbeginns der Bindemittelmischung in
der beschriebenen Form kann dabei entweder bereits werksseitig
vorgenommen werden durch Zumahlen oder Zumischen eines der
Verzögerer, oder während der Herstellung des Spritzbetons auf
der Baustelle, z. B. dadurch, daß eine wäßrige Lösung eines
der Verzögerer dem feuchten Zuschlag vor dessen Erstkontakt mit
der Bindemittelmischung in der erforderlichen Menge zugeführt
wird.
Diese letztgenannte Verfahrensweise ermöglicht auch die
Verwendung der erfindungsgemäßen Bindemittelmischung als Zement
im Naßspritzverfahren.
Zur Erzielung der beanspruchten Zusammensetzung wird der
Portlandzementklinker mit den wesentlichen Bestandteilen der
Grundmischung vermahlen. Vorzugsweise werden 95,0-99,4
Massen-% Portlandklinker zusammen mit 0,5-2,0 Massen-%
Alkalicarbonat als Abbindebeschleuniger und 0,01-2,00 Massen-%
an 2 Komponenten-Verzögerer sowie CaCO₃ als Füllstoff, in
einer Menge von 3-15 Massen-% bezogen auf die Grundmischung
aus Portlandzementklinker, Abbindebeschleuniger und
Erstarrungsverzögerer vermahlen, bis zu einer Mahlfeinheit - je
nach Forderung - von 3 000-8 000 cm²/g bzw. 8 000-20 000
cm²/g.
Dabei ist zu beachten, daß die zuzusetzende Menge an Komponente
a) in dem Erstarrungsverzögerer auf den Gehalt an Komponente b)
abzustimmen ist; so ist das Verhältnis a : b = 1 : 0,83-6,
je nach angestrebter Zeit für den Erstarrungsbeginn im Bereich
bis zu 1 Stunde.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die
erfindungsgemäße Bindemittelmischung durch Vormischung des
erfindungsgemäßen Portlandzementklinkers,
Abbindebeschleunigers, sowie einer der Komponenten des
Verzögerers hergestellt werden, wobei die andere Komponente des
Verzögerers sodann dem werksmäßig gemahlenen Gemisch zugeführt
wird.
Die Bindemittelmischung eignet sich zur Herstellung von
schnellerhärtenden Mörteln und Betonen mit Verarbeitungszeiten
zwischen 3 und 90 Minuten.
Die Bindemittelmischung kann ferner zur Herstellung von
Spritzmörteln und Spritzbetonen nach dem Trockenspritzverfahren
mit Erstarrungsbeginn von 1 bis 3 Minuten und nach dem
Naßspritzverfahren mit eingestellten Zeiten des
Erstarrungsbeginns ab 3 Minuten, je nach Erfordernissen der
Baustelle, verwendet werden.
Es wurde eine erfindungsgemäße Bindemittelmischung hergestellt,
mit einer Mahlfeinheit von 4 590 cm²/g nach Blaine durch
gemeinsames werkmäßiges Vermahlen von:
sowie eine zweite erfindungsgemäße Bindemittelmischung der
Zusammensetzung
mit einer Mahlfeinheit von 4 660 cm²/g nach Blaine.
Der Zusammensetzung 1 (Probe Nr. 1, Tbl. 1) wurde als
Verzögerer Citronensäuremonohydrat in Dosierungen von 0,1 bis
0,6% zugemischt (Proben Nr. 2 bis Nr. 7, Tbl. 1).
Der Zusammensetzung 2 (Probe Nr. 1a, Tbl. 1) wurde 0,6%
Citronensäuremonohydrat zugemischt (Probe Nr. 2a, Tbl. 1).
Als Vergleich diente eine Probe auf der Basis eines normalen
Portlandzementklinkers mit einem C₃A-Gehalt von 12%, einem
Tonerdemodul von 2,10%.
Im Gegensatz zu den Ergebnissen mit den erfindungsgemäßen
Bindemittelmischungen konnte bei der Probe, enthaltend einen
Portlandzementklinker mit üblichem C₃A-Gehalt, auch durch
starke Erhöhung des Verzögerers auf Gehalte über 1%, der
Erstarrungsbeginn nicht über 4 Minuten hinaus verlängert
werden.
Claims (18)
1. Schnellerhärtende hydraulische Bindemittelmischung aus
Portlandzementklinker mit hohem Sulfatwiderstand, einem
anorganischen Abbindebeschleuniger, einem
Erstarrungsverzögerer,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Portlandzementklinker einen Tonerdemodul < 0.64 aufweist,
daß der Erstarrungsverzögerer ein System ist aus
daß der Portlandzementklinker einen Tonerdemodul < 0.64 aufweist,
daß der Erstarrungsverzögerer ein System ist aus
- a) einem festigkeitsfördernden, das Wachstum von Calciumaluminatcarbonathydraten hemmenden organischen Mittel, und/oder
- b) einem zusätzlichen funktionellen Mittel, wobei das Verhältnis der Komponente a) zur Komponente b) 1: 0,83-6 ist und
daß der Erstarrungsverzögerer in einer Menge von 0.01-2,0
Massen-% bezogen auf die Bindemittelmischung
enthalten ist.
2. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponente b) aus der Gruppe der Oxycarbonsäuren,
insbesondere Citronen-, Wein- oder Äpfelsäure, ihrer
Alkali- oder Eisensalze gewählt ist.
3. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponente a) Ligninsulfonsäure, deren Alkali-
oder Erdalkali- oder Eisensalzen ist.
4. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der anorganische Abbindebeschleuniger aus der Reihe
der Alkalicarbonate gewählt ist.
5. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Füllstoffe enthält.
6. Bindemittelmischung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Füllstoff CaCO₃ enthalten ist, in einer Menge von
3-15 Massen-% bezogen auf die Grundmischung bestehend aus
Portlandzementklinker, Abbindebeschleuniger und
Erstarrungsverzögerer.
7. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Gehalt an Portlandzementklinker von 95,0-99,4 Massen-%,
einen Gehalt an anorganischem Abbindebeschleuniger von 0,5-2,0 Massen-%,
einen Gehalt an Erstarrungsverzögerer von 0, 01-2,0 Massen-%,
wobei das Verhältnis der Komponente a) zur Komponente b) 1 : 0,83-6 ist und
einen Gehalt an Füllstoff von 3-15 Massen-%,
bezogen auf die Grundmischung.
einen Gehalt an Portlandzementklinker von 95,0-99,4 Massen-%,
einen Gehalt an anorganischem Abbindebeschleuniger von 0,5-2,0 Massen-%,
einen Gehalt an Erstarrungsverzögerer von 0, 01-2,0 Massen-%,
wobei das Verhältnis der Komponente a) zur Komponente b) 1 : 0,83-6 ist und
einen Gehalt an Füllstoff von 3-15 Massen-%,
bezogen auf die Grundmischung.
8. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Gehalt an Portlandzementklinker von 95,0-99,4 Massen-%,
einen Gehalt an anorganischem Abbindebeschleuniger von 0,5-2,0 Massen-%,
einen Gehalt an Erstarrungsverzögerer von 0, 01-2,0 Massen-%,
wobei der Erstarrungsverzögerer nur die Komponente a) enthält.
einen Gehalt an Portlandzementklinker von 95,0-99,4 Massen-%,
einen Gehalt an anorganischem Abbindebeschleuniger von 0,5-2,0 Massen-%,
einen Gehalt an Erstarrungsverzögerer von 0, 01-2,0 Massen-%,
wobei der Erstarrungsverzögerer nur die Komponente a) enthält.
9. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Gehalt an Portlandzementklinker von 95,0-99,4 Massen-%,
einen Gehalt an anorganischem Abbindebeschleuniger von 0,5-2,0 Massen-%,
einen Gehalt an Erstarrungsverzögerer von 0, 01-2,0 Massen-%,
wobei der Erstarrungsverzögerer nur die Komponente b) enthält.
einen Gehalt an Portlandzementklinker von 95,0-99,4 Massen-%,
einen Gehalt an anorganischem Abbindebeschleuniger von 0,5-2,0 Massen-%,
einen Gehalt an Erstarrungsverzögerer von 0, 01-2,0 Massen-%,
wobei der Erstarrungsverzögerer nur die Komponente b) enthält.
10. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese in einer Mahlfeinheit nach Blaine von
3000-8000 cm²/g vorliegt.
11. Bindemittelmischung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese in einer Mahlfeinheit nach Blaine von
8000-20000 cm²/g vorliegt.
12. Verfahren zur Herstellung einer schnellhärtenden
Bindemittelmischung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Portlandzementklinker und der
Erstarrungsverzögerer, enthaltend ein
festigkeitsförderndes, das Wachstum von
Calciumaluminatcarbonathydraten hemmendes organisches
Mittel sowie einen zusätzlichen Wirkstoff mit dem
Abbindebeschleuniger und dem Füllstoff werksmäßig auf
eine Mahlfeinheit von 3000-8000 cm²/g nach Blaine oder
8000-20000 cm²/g nach Blaine vermahlen wird.
13. Verfahren zur Herstellung einer schnellerhärtenden
Bindemittelmischung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Portlandzementklinker mit dem
Erstarrungsverzögerer enthaltend ein
festigkeitsförderndes und das Wachstum von
Calciumaluminatcarbonathydraten hemmendes organisches
Mittel, dem Abbindebeschleuniger sowie dem Füllstoff
werksmäßig auf 3000-8000 cm²/g nach Blaine oder 8000-
20000 cm²/g nach Blaine vermahlen und daß der zusätzliche
Wirkstoff des Erstarrungsverzögerers vor Ort
zugeführt wird.
14. Verfahren zur Herstellung einer schnellerhärtenden
Bindemittelmischung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Portlandzementklinker mit dem
Abbindebeschleuniger, dem Füllstoff und dem
Erstarrungsverzögerer werksmäßig auf eine Mahlfeinheit
von 3000-8000 cm²/g nach Blaine oder 8000-20000 cm²/g
nach Blaine vermahlen wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer schnellerhärtenden
Bindemittelmischung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Portlandzementklinker mit dem
Abbindebeschleuniger, dem Füllstoff werksmäßig auf eine
Mahlfeinheit von 3000-8000 cm²/g nach Blaine oder 8000-
20000 cm²/g nach Blaine vermahlen wird und daß der
Erstarrungsverzögerer dem werksmäßig gemahlenen Gemisch
zugeführt wird.
16. Verwendung der Bindemittelmischung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von
schnellerhärtendem Mörtel und Beton.
17. Verwendung der Bindemittelmischung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von
Spritzmörtel und Spritzbeton.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19633447A DE19633447C2 (de) | 1995-08-21 | 1996-08-20 | Schnellerhärtende hydraulische Bindemittelmischungen, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
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DE19530705 | 1995-08-21 | ||
DE19633447A DE19633447C2 (de) | 1995-08-21 | 1996-08-20 | Schnellerhärtende hydraulische Bindemittelmischungen, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
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ID=7769994
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19633447A Expired - Lifetime DE19633447C2 (de) | 1995-08-21 | 1996-08-20 | Schnellerhärtende hydraulische Bindemittelmischungen, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
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