DE2064251A1

DE2064251A1 - Hydraulisches Bindemittel

Info

Publication number: DE2064251A1
Application number: DE19702064251
Authority: DE
Inventors: Knud Erik Claus Kopen hagen R Nielsen
Original assignee: Aktieselskabet Aalborg Portland Cement Fabrik, Kopenhagen
Priority date: 1969-12-30
Filing date: 1970-12-29
Publication date: 1971-07-01
Also published as: ES386866A1; CA949593A; CH553137A; NO134460C; BE760983A; DK128889B; NL7018480A; NO134460B; FR2074426A5; GB1267756A

Description

Dr. Ing. A. van der Werth Dez.197Ö

Dr. F. Lecker ^

N 21 Hamburg so

Wilstorfer Straße 32 8S27 *3

Aktieselskabet Aalborg Portland-Gement-Fabrik Christians Brygge 28, 1559 Kopenhagen Y, Dänemark

Hydraulisches Bindemittel

Priorität; 30.Dezember 1969, England, Nr₀ 63 298/69

Hydraulische Bindemittel sind sehr "bekannte Materialien und schliessen als Klasse Portlandzement, Tonerdezement, Schlackenzement, Pozzolane, Gips und deren Mischungen ein. Wenn Wasser zu ihnen zugefügt wird, werden sie fest und erhärten, sogar unter Wasser.

Hydraulische Bindemittel sind von sehr kleiner Teilchengrösse und zahlreiche Produkte werden aus ihnen hergestellt, meistens aus Portlandzement. Wenn daher eine geeignete Wassermenge zu Zement zugesetzt wird, ist das Produkt eine Zementpaste. Ein weiterer Zusatz von feinem Aggregat , beispielsweise Sand, führt zu einem Zementmörtel, und wenn das feine Aggregat durch grobes Aggregat ergänztwird, z.B. durch Steine, ist das Produkt ein Beton. Ein anderes Produkt ist Zementanstrich, welches aus Zement, Wasser und einem wasserabstossenden Zusatz besteht.

Die Ausdrücke Zementpaste, Zementmörtel, Zementbeton und Zementanstrich werden sowohl auf Produkte in ihrem frischen wie auch in ihrem erhärteten Zustand verwendet.

Es ist ein gemeinsames Merkmal dieser Produkte, dass, obwohl sie eine angemessene Druckfestigkeit besitzen, ihre Zugfestigkeit üblicherweise ungenügend ist, beides sowohl absolut und in Beziehung zu der Druckfestigkeit, ferner

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geben Veränderungen im Volumen oft Veranlassung zu Rissen mit daraus folgender vergrösserter Durchlässigkeit für Gas und Flüssigkeiten und verringerter Stärke und Dauerhaftigkeit« Schliesslich sind die Produkte auch oft spröde·.

Die Verstärkung von Zementprodukten durch Stahl oder natürliche oder synthetische Fasern ist durchaus übliche Normalerweise wird die Mischung aus Zement, Wasser und beliebigen anderen Materialien um die Verstärkung herumgegossen, welche in diesem Fall üblicherweise parallel zu der Richtung der grössten Zugkraft angeordnet ist, welcher das Produkt ausgesetzt wird. In dem besonderen Fall von Asbestzement jedoch werden die Asbestfasern und der Zement in Wasser suspendiert, um einen Brei zu bilden, aus welchem Asbestzementprodukte, z.Bo Platten und Rohre, gemacht werden,,

Gemäss der Erfindung ist eine neue Materialmischung, welche ein hydraulisches Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausserdem Fasern mit oder ohne andere Zusätze enthält und als ein zum Verkauf und zum Gebrauch trockenes Pulver vorliegt, welches zu einem festen Produkt durch Zusatz von Wasser erhärtet, wobei die Fasern von etwa 10 bis 50 Volum-$ des gesamten Mittels ausmachen und von einer Dicke zwischen dem 0,1- und 10-fachen der mittleren Korngrösse des hydraulischen Bindemittels und von einer Länge zwischendem 10- und 100-fachen ihrer Dicke sind, und dass es eine Zugfestigkeit und einen Eleastizitätsmodul grosser als diejenigen einer gehärteten Paste besitzt, welche durch den Zusatz von Wasser zu den anderen Bestandteilen des Mittels allein hergestellt wurde_e£ Die Fasern besitzen solch kleine ^Äusmasse, dass das fertige Mittel als ein trockenes, homogenes Pulver zur Verfügung steht, worin die Fasern auf den ersten Blick sich nicht von den restlichen Pulverkörnexn unterscheiden«, Sie können tatsächlich im wesentlichen als Faserteilchen angesehen werden und unterschei~ den sich somit von den in Asbestzement verwendeten Fasern_e*> Das Ziel ist, Mittel zu schaffen, welche zu Produkten führen, welche überlegenere physikalische Eigenschaften besitzen als diejenigen äquivalenten Produkte, welche aus den bisher verwendeten hydraulischen Bindemitteln hergestellt wurden. Die Fasern müssen dazu dienen, die Zugfestigkeit und den

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Elastizitätsmodul des erhärteten festen Produkts grosser zu machen als diejenigen eines ähnlichen Produkts, welches durcl· Sen Zusatz von "asser zu den anderen Bestandteilen des Bindemittels allein hergestellt wurde. Die Erfindung sorgt daher dafür, dass die Pasern eine Zugfestigkeit und einen Elastizi-tätsmodul besitzen, welche grosser als diejenigen einer erhärteten Paste sind, die durch den Zusatz von »'asser zu den anderen Bestandteilen des Mittels allein hergestellt wurde. Hieraus folgt natürgemäss, dass die Pasern fähig sein sollten an den Hydrationsprodukten anzuhaften, welche erhalten werden wenn die anderen Bestandteile des Mittels nach dem Zusatz von Wasser erhärten» Diese Eigenschaften besitzen unter anderem Pasern aus Glas, Asbest, Aluminiumsilikat, Eisenmetall und Kohlenstoff in seiner reinen Porm. Unter Glas soll hier nicht nur Glas in gewöhnlichem Sinn verstanden werden, sondern auch andere anorganische glasartige Massen, z.B. Massen, woraus Schlackenwolle und mineralische Wolle erzeugt werden,, Glas wurde als sehr geeignet befunden und solche Pasern werden vorzugsweise für die Erfindung angewendet. Grosse Stärke wird auch erhalten, wenn Asbestfasern benutzt werden, aber solche Pasern sind vergleichsweise kostspielig.

Das Volumenverliältnis der Pasern zu dem hydraulischen Bindemittel kann innerhalb weiter Grenzen schwanken; ein/Icleiner Anteil an Pasern gibt eine gewisse Zunahme der Stärke, während die obere Grenze durch die Notwendigkeit des Erhärtens des Mittels gegeben ist. ^srfindungsgemäss beträgt das Volumen der Pasern von 10 bis 50/0 vom Gesamtvolumen des Mittels.

Adhäsion an das Hydrationsprodukt des Bindemittels ist natürge.-näss wichtig,und die Pasern können überzogen oder in anderer Weise auf ihrer Oberfläche behandelt sein in einer der üblichen bekannten V/eisen, um ihr Anhai'tv;rmögen zu verbessern. Jini^e der verfügbaren Pasern, z.B. einige Glasfasern, wfijvjfij. durch Ke.-iK.tion mit Zement angegriffen und Kcrr.etzt, unn das Üborzl'ihen odr-r eine nndr-re Oberflechenbehandliuj;; ,-',loher Faea-n zur Verbindermi. der. Zersetzung k'iim erwiin.se)) t, sein. Uei-jjieisweioe ein au.-;

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Erfindungsgemässe Mittel können verhältnismässig kleine Mengen verschiedenartiger Zusätze enthalten, welche zugefügt werden, um die Homogenisierung der Fasern und des hydraulischen Bindemittels zu verbessern, beispielsweise eine sogenannte Mahlhilfe, wie Triäthanolamin (üblicherweise als TEA bekannt); oder um die Fähigkeit des Bindemittels für das Vermischen mit Wasser und einem beliebigen anderen Aggregat zu verbessern, um so das anschliessende Zusammenpressen zur grössten Dichte zu ermöglichen. Beispiele solcher Zusätze sind die vielen wohlbekannten oberflächenaktiven Stoffe.

Auch können die erfindungsgemässen Mittel Materialien enthalten, welche eine Entw.ässerungs- oder Plastizierungswirkung besitzen, z.B. Ligninsulfonat,oder Stoffe wie die üblichen Beschleuniger oder Verzögerer, welche dazu dienen, die ^rhärtungszeit von Beton oder anderen Produkten zu regeln, oder dazu dienen, um die Bildung der Hydrationsprodukte der hydraulischen Bindemittel zu beschleunigen.

Es wurde gefunden, dass Produkte, hergestellt aus den bevorzugten erfindungsgemässen Mitteln,im wesentlichen den Produkt überlegen sind, welche aus den bisher verwendeten hydraulischen Bindemitteln hergestellt wurden, und zwar in Bezug auf die Zugfestigkeit (und auch Druckfestigkeit), Volumenbeständigkeit, Zähigkeit und Dauerhaftigkeit. Überdies wird eine solche verbesserte innere Kohäsion in dem frisch zubereiteten Produkt erhalten, bevor es verfestigt und erhärtet, was ermöglich!; es früher, erforderlichenfalls fast unverzüglich, aus seiner Form auszustossen oder Verschalungen von dem gegossenen Produkt zu entfernen.

Es scheint, dass diese verbesserten Eigenschaften dem Umstand zuzuschreiben sind, dass die Fasern oder Faserteilchen in wirksamer Weise steif in dem Produkt sich befinden und in ihm in willkürlicher Orientierung gründlich verteilt sind und eine starke Adhäsion an den Hydrationsprodukten des Zement oder des anderen Bindemittels besitzen.

Erfindungsgemässe Mittel können in verschiedener Weise hergestellt werden, von welchen einige jetzt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, welche darstellen:

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^igur 1 eine Torrichtung für die Herstellung der bevorzugten Glasfasern,

Figuren 2,3 und 4 Möglichkeiten zum Vermischen der Pasern und des hydraulischen Bindemittels, und

Figur 5 eine andere Möglichkeit zur'Herstellung eines erfindung gemässen Mittels.

Glasfasern der gewünschten Ausmasse, nämlich von einem .Durchmesser zwischen 2 und 10 Mikron und einer Länge von 50 bis 500 Mikron können hergestellt werden durch die Einwirkung von Gas oder Wasserdampf auf Düsenstrahlen, welche aus Öffnungen aus einer Masse geschmolzenen Glases herauskommen. Figur 1 zeigt einen Behälter 1 mit geschmolzenem Glas, aus welchem Strahlen durch zahlreiche Düsenöffnungen 2 herauskommen, wie es bei der Gewinnung von Glasfaden üblich ist, welche Strahlen durch Gas oder Wasserdampf beaufschlagt werden, die aus Leitungen 3 austreten. Durch Einstellen der Stärke, Richtung und Temperatur des Gases oder Wasserdampfes ist es möglich, die austretenden Strahlen zu Fäden zu härten, welche sofort zu Fasern der gewünschten kurzen Längen zerbrochen werden, wobei die Durchmesser der Fasern naturgemäss durch die Durchmesser der Düsenöffnungen bestimmt sind.

Was nun die erfindungsgemässen Mittel selbst betrifft,so können sie, wenn alle Bestandteile getrennt in ihrer gewünschten Teilchengrösse verfügbar sind, in einfacher Weise innig gemischt werden. Ein einfaches Verfahren zur Bewirkung einer solchen innigen Vermischung wird durch Figur 2 erläutert und besteht darin, dass die Fasern in einem Gasstrom und das hydraulische Bindemittel in einem anderen Gasstrom suspendiert und die zwei Ströme zusammengeführt werden. Daher zeigt Figur 2 zwei Leitungen 4 und 5, welcheiLuft unter ±>ruck zugeführt wird und in welche die Fasern und Zement dutch Förderschnecken 6 und 7 eingespeist werden. Die zwei so gebildeten Suspensionen strömen nach unten, um sich in einer gemeinsamen Leitung 8 zu vereinen, aus welcher sie als eine für Verkauf oder Anwendung fertige Zusammenstellung in ein Lagereilo fallen.

Fig. 3 ist der Jig. 2 ähnlich, zeigt aber eine dritte leitung 9, durch welche ein dritter Gasstrom zu dem Treffpunkt des ersten und zweiten Stroms zugeführt wird, um die Homogenisierung der Mischung zu verbessern. Wenn noch ein beliebiger weiterer Zusatz erforderlich ist, kann dieser vorteilhafterwe se in leitung 9 über Schnecke 10 eingeführt werden.

Insbesondere wenn es sich um Glasfasern handelt und diese gemäss der in Fig, 1 erläuterten Verfahrensweise hergestellt sind, können sie nicht alle von der gewünschten Länge sein. In diesem Fall oder in einem beliebigen anderen-Fall, worin die verfügbaren Fasern nicht alle die gewünschten Dimensionen aufweisen, kann der die Fasern tragende Gasstrom durch einen Separator für die Entfernung unerwünschter Fasern geleitet werden, bevor der das Bindemittel tragende ^Dtrom getroffen wird. Dies wird durch Figur 4 erläutert, welche einen Fördere] 11 zeigt, der Fasern in eine leitung 12 abgibt, durch welche luft unter ^ruck strömt, worauf die sich ergebende Suspension von Fasern dann in einen Cyklonseparator/eintritt, worin . die unerwünschten Fasern abgetrennt werden, um ihn durch den Boden bei 14 zu verlassen, während die gewünschten Fasern obei durch eine leitung 15 ausgetragen werden. Die Suspension in Ieitung15 und eine in einer leitung 16 gebildete Suspension des Bindemitteis treffen in einer leitung 17 aufeinander«, Ein anderer ^eg zur Gewinnung eines erfindungsgemässen Mittel besteht darin, Fasern und hydraulisches Bindemittel miteinander zu vermischen und zu vermählen in einer Rohrmühle, wie es in Fig. 5 erläutert wird, um so ein homogenes Mittel mit der gewünschten Teilchengrösse zu gewinnen.

Zwei Förderschnecken 18 und 19 liefern Zement, weichen? gröber sein kann als in dem Endprodukt erforderlich, und Fasern, beispielsweise aus Asbest oder Glas, welche langer und dicker sein können als diejenigen, welche In dem Endprodukt gewünschi sind, zu dem Einlasszapfen 20 einer Rohrmühle 21. In der Mühle werden die Fasern und erforderlichenfalls auch der Zement auf die gewünschte Grosse zerkleinert und gleichzeitig eine homogene Zusammenstellung gewonnen, welche durch den Äuslass-

zapfen 22 entleert wird, von wo sie pneumatisch zu einem Silo geschafft wird.

Beispielsweise wurde ein homogenes Gemisch, bestehend aus Portlandzement mit einer Korngrösse von etwa 0,005 mm und Glasfasern mit einer -^icke von etwa 0,005 mm und einer Länge von etwa 0,05 bis 0,20 mm,in einem Yolumenverhältnis von 3,3 : 1 hergestellt. Diese Mischung wurde dann in eine Paste von cremeartiger Konsistenz durch Zusatz von Wasser übe±geführt und 10 mm dicke Platten wurden durch Pressen dieser Paste hergestellt und geprüft. Die Zugfestigkeit beim Biegen nach Wasserhärtung einer Reihe von drei Testmustern während 7 Tagen wurde zu 147, 132 und 139 kg/cm² bei einer Dichte von etwa 2,0 kg/1 gefunden. Diese Festigkeiten sind etwa das 1 1/2-fache derjeniger, welche unter entsprechenden Bedingungen bei der Prüfung ähnlicher Platten erhalten werden, welche durch Pressen einer Paste hergestellt wurden, die aus Portlan zement und Wasser allein besteht.

Ein anderes Beispiel vergleicht die Festigkeiten, welche mit drei verschiedenen Zementpasten erhalten wurden.

Mischung A,bestehend aus rasch erhärtendem Portlandzement mit einer Korngrösse von etwa 0,005 mm und Asbestfasern (Ghrysotil) mit einer Dicke von hauptsächlich 0,010 mm und kleiner und einer Länge von 0,001 mm bis 0,500 mm, hauptsächlich zwischen 0,010 mm und 0,200 mm. Das Mischungsverhtlt nis Zement : Faser, war 1,7 : 1 volumenmässig.

Mischung B. bestehend aus einem rasch erhärtenden Portlandzement mit einer Korngrösse von etwa 0,005 mm und Glasfasern mit einer Dicke von hauptsächlich 0,005 mm und. einer Länge von hauptsächlich 0,010 bis 0,200 mm. Das Mischungsverhältnis Zement : Fasern war 2,0 : 1 volumenmässig.

Mischung C. bestehend aus einem rasch erhärtenden Portlandzement mit einer Korngrösse von etwa 0,005 mm ohne Faserzusat;

Die Mischungen wurden dann in Breie durch Zusatz von Wasser unter starkem Rühren übergeführt. Nach dem Abfiltrieren des überschüssigen Wassers unter Absaugen wurden die verbleibenden cremeartigen Pasten zu Platten verpresst„ Die Zugfestig-

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keit beim Biegen nach dem Wasserhärten während 14 Tagen wurde wie folgt gefunden( Durchschnitt von 4 Mustern):

Mischung A Mischung B Mischung 0

238 kp/cm "bei einer Dichte von 1,60 kg/1

139 kp/cm bei einer Dichte von 1,76 kg/1 ο

108 kp/cm bei einer Dichte von 1,92 kg/1.

Beim Umwandeln dieser ^erte auf die Dichte 1,60 kg/1 wird

ρ die Zugfestigkeit sein: Mischung A- 238 kp/cm , Mischung B -

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115 kp/cm und Mischung V- 76 kp/cm , was eine ausgesprochen positive Wirkung der lasern, insbesondere der Chrysotilfasern, beweist.

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Claims

- 9 Patentansprüche

1β) Mat erialmis chung., die ein hydraulisches Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet , dass sie ausserdem lasern mit oder ohne andere. Zusätze enthält und als ein zum Verkauf und zum Gebrauch trockenes Pulver vorliegt, welches zu einem festen Produkt durch Zusatz von Wasser erhärtet, wobei die Fasern von etwa 10 bis 50 Volum-$ des gesamten Mittels ausmachen und von einer Dicke zwischen dem 0,1- und 10-fachen der mittleren Korngrösse des hydraulischen Bindemittels und von einer Länge zwischen dem 10- und 100-fachen ihrer Dicke sind, und dass es eine Zugfestigkeit und einen Elastizitätsmodul grosser als diejenigen einer gehärteten Paste besitzt, welche durch den Zusatz von Wasser zu den anderen Bestandteilen des Mittels allein hergestellt wurde₀

2β Materialmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Bindemittel Portlandzement ist und die Fasern Glasfasern sind«,

3· Verfahren zur Herstellung eines Mittels gemäss den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , dass es umfasst: Suspendieren der Fasern in einem Gasstrom und des hydraulischen Bindemittels in einem anderen Gasstrom und Veranlassen, dass die zwei Gasströme aufeinandertreffen, worauf das Mittel unterhalb des Treffpunktes der zwei Ströme gesammelt wird,

4· Verfahren nach Anspruch 3» dadrJBch gekennzeichnet, dass ein dritter Gasstrom zu dem Treffpunkt des ersten und zweiten Gasstromes zugeleitet wird, um die Homogenisierung der Mischung zu verbessern«,

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Gasstrom eine Suspension eines oder mehrerer Zusätze, welche einen Teil des Mittels bilden, trägt,

6οVerfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,dadurch gekennzeichnet , dass der die Fasern tragende Gasstrom durch einen Separator für die Entfernung unerwünschter Fasern geleitet wird, bevor er den das Bindemittel tragenden Gasstrom trifft,, .

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzei chnet, dass die Fasern Glasfasern sind und in dem gewünschten Ausmassen durch die Einwirkung von Gas oder Wasserdampf auf Düsen erzeugt werden, welche durch EiHE Öffnungen aus einer Masse geschmolzenen Glases herauskommeno

8.Verfahren zur Herstellung eines Mittels gemäss einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzei c. h net", dass Fasern und Teilchen eines hydraulischen Bindemittels zu einer Rohrmühle gespeist werden, wobei mindestens ein Teil der Speise nicht von der gewünschten Grössenordnung ist, und dass die Mischung in der Mühle vermählen wird, um eine homogene Zusammensetzung der gewünschten Teilchengrösse zu erzeugen.

BAD ORIGINAL