DE2151978B2

DE2151978B2 - PROCESS FOR MANUFACTURING A SWELL-CAPABLE, FREE-LIME PORTLAND CEMENT

Info

Publication number: DE2151978B2
Application number: DE19712151978
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing.; Jung Fritz Dr.; Wien Czernin
Original assignee: Perlmooser Zementwerke Ag, Wien
Priority date: 1971-10-19
Filing date: 1971-10-19
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DE2151978A1

Description

Unter quellfähigen Zementen bzw. Quellzementen versteht man hydraulische Bindemittel, die im Laufe ihrer Erhärtung eine Volumenvergrößerung erfahren und damit die Schwindneigung kompensieren, welche bei Wasserveriust aufzutreten pflegt, oder die sogar Dehnungen hervorrufen, welche zur Erzielung von Vorspannungen in entsprechenden Mörtel- oder Betonkörpern dienen können.Swellable cements or swelling cements are hydraulic binders, which in the course of their hardening experience an increase in volume and thus compensate for the tendency to shrink, which tends to occur when there is a loss of water, or even that Cause elongations, which are used to achieve pre-tensioning in corresponding mortar or concrete bodies can serve.

Der bekannteste Weg zur Erzielung der obengenannten Eigenschaften eines Zementes besteht in der Ausnutzung der Neigung von Verbindungen des Kalziumsulfates mit den Kalziumaluminaten, bei Wasserzutritt starke Dehnungen hervorzurufen. Derartige Quellzemente haben aber u. a. den Nachteil, daß für das Zustandekommen der gewünschten Quellungen ein reichlicher Wasserzutritt erforderlich ist Wird daher ein Baukörper aus sulfatreichen Quelizementcfi nicht längere Zeit sorgfältig mit Wasser nachbehandelt, dann bleibt der Quelleffekt mehr oder weniger hinter den Erwartungen zurück. Ein weiterer Nachteil sulfatreicher Quellzemente besteht darin, daß der Quellvorgang nur bescheidene Vorspannungskräfte auslöst, weil die Energie der Wasserbindung durch das Sulfo-Aluminat verhältnismäßig gering ist Die erzielbaren Vorspannungen reichen nicht an die bautechnisch in den meisten Fällen erforderlichen Vorspannungskräfte heran, wie sie derzeit auf mechanischem Wege erzielt werden.The best known way to achieve the above properties of a cement consists in Exploitation of the tendency of calcium sulphate to form compounds with calcium aluminates when water enters cause strong stretching. However, such swelling cements have, inter alia. the disadvantage that for the If the desired swellings are to be achieved, an abundant access to water is therefore necessary Buildings made from sulphate-rich Quelizementcfi not if carefully treated with water for a longer period of time, the swelling effect remains more or less behind Expectations back. Another disadvantage of sulphate-rich swelling cements is that the swelling process only triggers modest pretensioning forces because the energy of water binding by the sulfo-aluminate The achievable pre-tensioning is not sufficient to the structural engineering in most Cases required preload forces, as they are currently achieved by mechanical means.

Man hat deshalb schon vielfach versucht anstelle des »Gipstreibens« das »Kalktreiben« für die Herstellung von Quellzementen heranzuziehen. Dazu wurde dem Klinker getrennt hergestellter, gebrannter Kalk zugemischt. Die Affinität des Kalziumoxids zu Wasser ist an und für sich so hoch, daß das Anmachwasser des Betons oder Mörtels für den Löschvorgang des Kalziumoxids vollständig ausreicht Dementsprechend sind die Dehnungskräfte ebenfalls sehr beträchtlich, so daß mit der Erzielung hoher Vorspannungen gerechnet werden kann.For this reason, attempts have often been made to use "chalking" for production instead of "blowing gypsum" of swelling cements to be used. For this purpose, separately produced, quicklime was added to the clinker. The affinity of calcium oxide for water is so high in and of itself that the mixing water of the concrete or mortar for the extinguishing process of the calcium oxide is completely sufficient. Accordingly, the elongation forces are also very considerable, so that high pretensioning can be expected can.

Wenn sich Quellzemente auf der Basis von zügemischtem Kalziumoxid (oder auch von dem verwandten Magnesiumoxid) nicht durchsetzen konnten, dann deshalb, weil es bisher nicht gelungen ist, den durch das Kalziumoxid bewirkten Quellungsvorgang reproduzierbar zu beherrschen. Hierbei spielen viele Parameter, wie Brenntemperatur, Korngröße und auch Art und Menge der natürlichen Verunreinigungen des Kalkes (bzw. der Magnesia) eine so entscheidende Rolle, daß von einer zielsicheren Herstellung von Quellzementen auf Basis zugemischten Kalkes (oder Magnesia) nicht die Rede sein konnte. Darüber hinaus konnte bei der rein mechanischen Zumischung des gebrannten Kalkes zum Klinker keine ausreichend gleichmäßige Verteilung erreicht werden. Um einer gewünschten gleichmäßigen Verteilung nahezukommen, sind sehr aufwendige Misch- und Mahlvorrichtungen nötig, deren Einsatz jedoch auch die Erreichung dieses Zieles nur sehr unvollkommen gewährleisten.If swelling cements on the basis of additive Calcium oxide (or its related magnesium oxide) could not prevail then because it has not yet been possible to reproduce the swelling process caused by the calcium oxide to dominate. Many parameters play a role here, such as firing temperature, grain size and also type and quantity the natural impurities of the lime (or the magnesia) play such a crucial role that one Targeted production of swelling cements based on mixed lime (or magnesia) is out of the question could be. In addition, the purely mechanical admixture of the quick lime to the Clinker cannot be distributed sufficiently evenly. To get a desired uniform Almost distribution, very complex mixing and grinding devices are necessary, their use however, only very imperfectly guarantee that this goal will be achieved.

Anderseits wurde in der Zementindustrie beobachtet, daß bei Abkühlung eines gebrannten Portlanazementklinkers, insbesondere eines Tnkalziumsüikates, dann, wenn längere Zeit hindurch Temperaturen unterhalb etwa 1250⁰C bestehen blieben, ein mehr oder minder starker Zerfall des Trikalziumsilikates eintrat, wobei eine unkontrollierbare Menge Kalziumoxid neben Dikalziumsilikat entstand.On the other hand, was observed in the cement industry, that upon cooling of a fired Portlanazementklinkers, in particular a Tnkalziumsüikates, if a considerable time remained temperatures exist below about 1250 ⁰ C, entered a more or less strong disintegration of Trikalziumsilikates, wherein an uncontrollable quantity of calcium oxide in addition to dicalcium silicate originated.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die obenerwähnten Nachteile zu vermeiden und einen Quellzement herzustellen, welcher in reproduzierbarer Weise je nach Wunsch größere oder geringere Dehnungen des Mörtels oder des Betons bewirkt, wobei eine Nachbehandlung mit Wasser überflüssig ist sofern man nur dafür sorgt daß keine allzu starke Austrocknung des Baukörpers nach seiner Herstellung eintritt. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren wird nämlich weder Branntkalk dem Zement zugemischt bzw. beigemahlen, noch wird ein Portlandzement erzeugt der von Haus aus einen Kalküberschuß aufweist sondern es wird in normalem, praktisch freikalkfreiem Portlandzementklinker durch eine gezielte Behandlung ein bestimmter und charakteristischer Kalziumoxidanteil in Freiheit gesetztThe aim of the present invention is the To avoid the above-mentioned disadvantages and to produce a swelling cement which is reproducible in Way, depending on your needs, causes greater or lesser expansions of the mortar or concrete, with Post-treatment with water is superfluous if you only ensure that it does not dry out too much of the structure occurs after its production. In contrast to the previously known method namely, quicklime is neither mixed nor ground into the cement, nor is Portland cement generates which has an excess of lime from the house but it becomes normal, practical Free lime-free Portland cement clinker through a targeted treatment a specific and characteristic Calcium oxide content set free

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines quellfähigen, freikalkhaltigen Portlandzernentes ist dadurch gekennzeichnet daß ein Portlandzement klinker in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 1250⁰C, vorzugsweise in der Nähe von 1100⁰C, gehalten wird, wobei die dafür benötigte Zeitspanne zwischen der bei der Zementerzeugung üblichen Abkühlzeit und einigen Tagen, vorzugsweise zwischen 6 und 24 Stunden, liegt und daß dieser Portlandzementklinker dann nebst Gips und gegebenenfalls in der Zementindustrie üblichen Zusatzstoffen, allein oder zusammen mit Portlandzementklinker üblicher Zusammensetzung eingesetzt wird.The inventive method for producing a swellable, freikalkhaltigen Portland Zern Entes is characterized in that a Portland cement clinker, preferably kept in a temperature range from 600 to 1250 ⁰ C in the vicinity of 1100 ⁰ C, the required for this time interval between the conventional in cement production Cooling time and a few days, preferably between 6 and 24 hours, and that this Portland cement clinker is then used together with gypsum and optionally additives customary in the cement industry, alone or together with Portland cement clinker of customary composition.

Durch den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten, sehr gleichmäßigen Verteilungszustand des reproduzierbar und gezielt freigesetzten Kalziumoxids wird bewirkt, daß ein Mörtel mit Zement auf Basis dieses Klinkers, selbst wenn dieser hohe Freikalkanteile besitzt nicht das Bild des rissigen »Kalktreibens« aufweist sondern daß ein daraus hergestellter Mörtelkörper sich rißfrei und äußerst gleichmäßig auszudehnen vermag.Due to the very even distribution of the achieved by the method according to the invention reproducible and deliberately released calcium oxide is caused to base a mortar with cement this clinker, even if it has a high proportion of free lime, does not look like cracked "lime drifts" but that a mortar body made from it is crack-free and extremely uniform able to expand.

Wie erwähnt, kann der getemperte Klinker in der üblichen Weise vermählen werden, oder aber es können zur Herstellung von quellfähigem Portlandzement zu dem so getemperten Material je nach Bedarf normale Portlandzementklinker bei der Vermahlung zugesetzt werden.As mentioned, the tempered clinker can be ground in the usual way, or it can normal for the production of swellable Portland cement for the material tempered in this way, as required Portland cement clinker can be added during grinding.

Auf diese Weise ist es möglich, einerseits durch Einstellung von Temperatur und Erhitzungsdauer, anderseits durch Zumischen von normalem Portlandzementklinker, die Kompensation des Schwindens wie auch die Erzielung gewünschter Vorspannungen genau zu steuern.In this way it is possible, on the one hand, by setting the temperature and heating time, on the other hand by adding normal Portland cement clinker to compensate for the shrinkage such as also to precisely control the achievement of the desired pretension.

example

Es wurde ein Portlandzementklinker folgender Zusammensetzung herangezogen:A Portland cement clinker with the following composition was used:

0,4%0.4%

0,1%0.1%

22,0%22.0%

53%53%

66,7%66.7%

03% 1,5%03% 1.5%

Loss on ignition Insoluble

SiO₂ SiO ₂

Al₂O₃ Al ₂ O ₃

Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃

CaOCaO

MgOMgO

SO₃ SO ₃

Restrest

Silikatmodul
Tonerdemodul
Kalkstandard
Freies CaOSilicate module
Clay module
Lime standard
Free CaO

Dieser Klinker wurde verschiedene Zeiten lang, nämlich 6, 24,48 und 72 Stunden bei 110O⁰C in einem Labormuffelofen getempert Infolge des bei dieser Temperatur erfolgenden Zerfalls des Trikalziumsilikats konnten mit der Temperzeit steigende Mengen an freiem CaO festgestellt werden. Die getemperten Klinker wurden dann in einer Labormühle auf eine Feinheit nach Blaine von 3000 cmVg vermählen und mit 5,0% Naturrohgips gemischt Die so entstandene Bindemittelmischung wurde nun mit 26% Wasser zu einer Paste angerührt, in einen Le-Chatelier-Ring eingebracht und dieser in Wasser gelagert Die Zunahme des Abstandes der Nadelspitzen erlaubt eine gute Aussage über die erfolgte Dehnung. Mit den Versiichszementen ergaben sich folgende Werte:This clinker was several hours long, namely 6, tempered 24,48 and 72 hours at 110o ⁰ C in a laboratory muffle furnace result of taking place at this temperature decay of tricalcium silicate could be detected with the annealing time increasing amounts of free CaO. The tempered clinkers were then ground in a laboratory mill to a Blaine fineness of 3000 cmVg and mixed with 5.0% natural plaster of paris. The resulting binder mixture was then mixed with 26% water to form a paste, placed in a Le Chatelier ring and this stored in water The increase in the distance between the needle tips provides a good indication of the stretching that has taken place. The following values were obtained with the insurance cements:

Temperzest
des KlinkersTemper zest
of the clinker

3.U4 2,79 9633.U4 2.79 963

Zunahme (mm) des Abstandes der
Le-Chatelier-Nadelspitzen nachIncrease (mm) in the distance of the
Le Chatelier needlepoints after

Stundenhours

2424

4848

00 11 22 22 33 00 33 88th 99 1010 00 1212th 5353 6464 6868 00 2323 6464 7676 8383 00 2525th 6868 7575 7878

OhOh

6h6h

24 h24 hours

48 h48 h

72 h72 h

For comparison it should be mentioned that the distance of the Needle tips for an ordinary portland cement in

den einschlägigen Normen, beispielsweise in derthe relevant standards, for example in the

Swiss norm, not over by two hours of cooking

mehr als 8 mm zunehmen darf.may increase by more than 8 mm.

Claims

Claim:

A process for producing a swellable, freikalkhaltigen Portland cement, characterized in that a Portland cement clinker in a temperature range between 600 and 1250 ° Q is preferably maintained in the vicinity of 1100 ⁰ C, the required for this amount of time between the normal in cement production cooling time and some days , preferably between 6 and 24 hours, and that this Portland cement clinker is then used together with gypsum and optionally additives customary in the cement industry, alone or together with Portland cement clinker of customary composition.