DE2162053C3 - Zement-Expandlerungstnittel - Google Patents

Zement-Expandlerungstnittel

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DE2162053C3
DE2162053C3 DE19712162053 DE2162053A DE2162053C3 DE 2162053 C3 DE2162053 C3 DE 2162053C3 DE 19712162053 DE19712162053 DE 19712162053 DE 2162053 A DE2162053 A DE 2162053A DE 2162053 C3 DE2162053 C3 DE 2162053C3
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csa
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DE19712162053
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DE2162053B2 (de
DE2162053A1 (de
Inventor
Yoshizo; Mizunuma Tsutomu; Niigata Ono (Japan)
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KX., Tokio
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Description

30
Die Erfindung betrifft ein Zement-Expandierungsmittel aus der Calcium-Sulfoaluminat-Reihe (hierin als CSA abgekürzt), welches durch Brennen von Kalkstein, Aluminiumoxid und Gips erhalten worden ist
Beim herkömmlichen Zement erfolgt während der Stufen des Aushärtens und des Trocknens eine Schrumpfung, wodurch Risse gebildet werden. Zur Überwindung dieser Erscheinungen wurden schon verschiedene Zement-Expandierungsmittel beschrieben. So wird z.B. in der deutschen Patentschrift 15 71437 ein Zement-Expandierungsmittel mit einer regulierten Teilchengröße-Verteilung beschrieben, welches dadurch hergestellt wird, das ein Rohgemisch mit einem Molverhältnis CaO/AI2O3 von 2 bis 6 und CaSO4ZAl2O3 von 2 bis 4 gebrannt wird, um einen Klinker herzustellen. Dieser Klinker wird pulverisiert, damit er eine Teilchengröße-Verteilung erhält, worin weniger als 10% (sämtliche %-Angaben sollen hierin auf das Gewicht bezogen sein) der Teilchen eine Größe von weniger als 44 μ besitzen, mehr als 70% der Teilchen eine Größe von 44 μ bis 250 μ haben und weniger als 20% der Teilchen eine Größe von mehr als 250 μ besitzen. Dieses Zement-Expandierungsmittel besitzt jedoch den Nachteil, daß der eingeschränkte Expansions-Koeffizient auf Grund der Variierung der Aushärtungsbedingungen erheblich vermindert wird.
In der DT-AS 12 99 246 wird ein Zementzusatz und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Für den Fachmann liegt es nahe zu schließen, daß je kleiner die Teilchengröße eines Zement-Expandierungsmittels ist, desto rascher die Teilchen auf Grund der Hydratation expandieren. Überraschenderweise ist diese Annahme, nach der aus dem Stande der Technik zu schließen ist, nicht richtig. Entsprechend der DT-PS 15 71 437 und der DT-AS 12 99 246 lag die Annahme nahe, daß grobe Teilchen mit einer Größe von 44 bis 250 μ langsam hydratisieren und expandieren. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabi zugrunde, ein neues CSA herzustellen, das den obei beschriebenen Nachteil nicht mehr aufweist Es wurdi nun gefunden, daß CS K mit der hierin angegebener spezifischen Teilchengröße-Verteilung durch Variierun gen der Aushärtungsbedingungen zwischen dem Aus härten in Wasser oder in Dampf und dem Aushärten ii Luft nicht beeinflußt wird und daß es in dem erhaltener Beton oder Mörtel eine hohe Expansionsfähigkeil entwickeln kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein Zement-Expandierungsmittel, welches durch Brennen von Kalkstein, Aluminiumoxid und Gips in einem solchen Mischungsverhältnis erhalten worden ist, daß der resultierende Klinker die folgende Mineralzusammensetzung besitzt:
3 CaO · 3 Al2O3 · CaSO4
Freies CaO
Freies CaSO4
10bis40Gew.-% 10bis20Gew.-% 20bis60Gew.-%
das dadurch gekennzeichnet ist, daß der erhaltene Klinker pulverisiert worden ist, und daß die Teilchengröße des pulverisierten Klinkers in den folgenden Bereichen
Kleiner als 44 μ
88 bis 149 μ
Größer als 250 μ
30bis60Gew.-% 10bis40Gew.-% weniger als 20 Gew.-%
eingestellt worden ist
Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert
Versiichsbeispiel
Gebrannter Kalk, Gips und Bauxit wurden in einem Molverhältnis von CaO/ Al2O3 = 4 und CaSO4/ AI2O3 = 3 zu einem Rohgemisch vermengt Dieses Rohgemisch wurde bei 12000C in einem elektrischen Ofen geschmolzen. Der geschmolzene Körper wurde abgekühlt und mittels einer luftgespülten Mahleinrichtung pulverisiert Hierdurch wurden vier Arten von CSA-Teilchen mit den folgenden Teilchengrößen erhalten:
a) Teilchen mit einer Größe von weniger als 44 μ (nachstehend als Teilchen mit «-Größe abgekürzt),
b) Teilchen mit einer Größe von 44 bis 88 μ (nachstehend als Teilchen mit 0-Größe abgekürzt),
c) Teilchen mit einer Größe von 88 bis 149 μ (nachstehend als Teilchen mit y-Größe abgekürzt) und
d) Teilchen mit einer Größe von 149 bis 250 μ (nachstehend als Teilchen mit (5-Größe abgekürzt).
Von diesen vier Arten von CSA-Teilchen wurden jeweils 13% mit Zement vermengt, so daß die Gesamtmenge der CSA-Teilchen und des Zements 100% betrug. Unter Verwendung einer Mörtelprobe gemäß der JIS 5201 wurde der freie Expansions-Koeffizient des resultierenden Mörtels bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in F i g. 1 zusammengestellt.
Obgleich alle vier Arten der CSA-Teilchen aus demselben Klinker hergestellt worden sind, wird doch aus F i g. 1 ersichtlich, daß sie hinsichtlich der freien Expansion, je nach der Teilchengröße, sich erheblich unterschiedlich verhalten. Insbesondere hat man bisher angenommen, daß, wenn die Teilcheneröße der CSA
geringer ist, dann die Teilchen rascher hydratisieren und schneller expandieren als Teilchen mit einer größeren Größe. Aus dem Obenstehenden ergibt sich die überraschende Feststellung, daß, obgleich die Teilchen mit α-Größe sehr feine Teilchen darstellen, diese Teilchen mit «-Größe erheblich langsamer hydratisieren als Teilchen mit y-Größe. Diese Erscheinung wurde erstmals durch die Erfindung bestätigt Bei dem Zement-Expandierungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung nehmen die Teilchen mit α-Größe und die Teilchen mit y-Größe den Hauptteil ein, so daß die entgegengesetzten Eigenschaften der langsam expandierenden Teilchen mit «-Größe und der rasch expandierenden Teilchen mit y-Größe ausgenützt werden. Weiterhin können andere Teilchen einen Teil ,5 einnehmen, wodurch die Funktion des CSA vollständig ausgebildet werden kann. Die Teilchen mit «-Größe nehmen nämlich 30 bis 60%, die Teilchen mit y-Größe 10 bis 40% und die Teilchen mit einer Größe von mehr als 250 μ weniger als 20% in dem erfindungsgemäßen Zement-Expandierungsmittel ein.
Die hierin verwendete Bezeichnung »CSA-Funktion« soll zum Ausdruck bringen, daß die auf die Hydratation des CSA zurückzuführende Expansionsgeschwindigkeit und die auf die Hydratation des Zements zurückzufüh- ,5 rende Schnelligkeit der Ausbildung der Festigkeit gut miteinander ausgewogen sind. Diese Eigenschaften werden im Anfangsstadium des Aushärtens gegenseitig nicht vermindert und sie bilden sich vollständig aus. Ferner ist die Abnahme des eingeschränkten Expansions-Koeffizienten, die auf die Variation der Aushärtungsbedingungen, beispielsweise zwischen der Aushärtung in Wasser und der Aushärtung in Luft zurückzufüh ren ist. gering.
Die Teilchen mit «-Größe und die Teilchen mit _15 y-Größe. die die Hauptkomponenten des erfindungsgemäßen Zement-Expandierungsmittels darsteilen, wurden entweder allein oder im Gemisch mit Zement vermengt, um Mörtel herzustellen.
Die F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem freien 4C Expansions-Koeffizienten und der Alterung der Mörtel. Aus Fig.2 wird ersichtlich, daß sich die langsame Expandierfähigkeit der Teilchen mit «-Größe und die rasche Expandierbarkeit der Teilchen mit y-Größe entsprechend dem Mischverhäitnis der zwei Teilchenarten ausbilden.
Wenn die Menge der Teilchen mit α-Größe weniger als 30% und die Menge der Teilchen mit y-Größe mehr als 40% ist, dann nimmt die rasche Expandierbarkeit der Teilchen mit y-Größe zu und die Anfangsexpansion des 5c Mörtels ist groß. Als Ergebnis geht das Gleichgewicht zwischen der Anfangsexpansion des Mörtels und der Hydratation des Zements verloren, wodurch in dem Mörtel ein Kriechen bewirkt wird und die Expandierbarkeit des Mörtels im eingeschränkten Zustand geht auf Grund des Kriechens verloren. Wenn die Menge der Teilchen mit «-Größe mehr als 60% beträgt und die Menge der Teilchen mit y-Größe weniger als 10% beträgt, dann wird die Expandierbarkeit des Mörtels durch das Aushärten in Luft nach dem Aushärten in Wasser stark beeinflußt. Wenn z. B. der Mörtel 3 Tage in Wasser bei 20° C ausgehärtet wird und sodann unmittelbar darauf in Luft bei 20° C und einer relativen Feuchtigkeit von 50% ausgehärtet wird, dann schrumpft der Mörtel und es bilden sich Risse darin. Ferner, wenn die Menge der groben Teilchen mit einer Größe von mehr als 250 μ größer als 20% ist, dann dringt das Wasser sehr langsam in das Innere der Teilchen bei der Hydratisierung ein, wodurch die Bildung von Ettringk (3 CaO ■ Al2O3 · 3 CaSO4 ■ 32 H2O)
verzögert wird und wodurch weiterhin der Zement au der Oberfläche der Teichen einen kolloidalen FiIn ausbildet und nicht umgesetzte grobe Teilchen zurück bleiben. Wenn dann beispielsweise der Mörtel in Damp ausgehärtet wird, dann geht das Gleichgewicht zwi sehen der Hydratisierungsgeschwindigkeit des Zement; und derjenigen des CSA verloren, und der Mörte expandiert über einen langen Zeitraum. Demgemäß is der Mörtel instabil. Bei dem Zement-Expandierungsmit tel gemäß der vorliegenden Erfindung ist der maximal Durchmesser der Teilchen weniger als etwa 350 μ. Di« in diesem Versuch verwendeten Teilchen enthielten bis 5% Teilchen mit einer Größe von etwa 350 μ.
Wie aus F i g. 1 ersichtlich wird, zeigen die Teilcher mit jS-Größe und die Teilchen mit ό-Größe eine gering* Expansion. Wenn sie mit den Teilchen mit «-Größe, der Teilchen mit γ-Größe und den Teilchen mit einer Groß von mehr als 250 μ vermengt werden, dann werden wenn die obengenannten Teilchengröße-Verteilunger und die oben definierten Bereiche für die letzteren dre Teilchenarten eingehalten werden, die charakteristi sehen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zement Expandierungsmittel nicht verschlechtert.
Als Zemente, die mit dem erfindungsgemäßer| Zement-Expandierungsmittel vermengt werden kön nen, kommen außer Portlandzement verschieden gemischte Zemente in Betracht.
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen nähe erläutert u erden.
Es zeigt
F i g. 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem freien Expansions-Koeffizienten des Mörtels un der Teilchengröße der CSA-Teilchen wiedergibt,
F i g. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen) dem freien Expansions-Koeffizienten und der Alterung des Mörtels wiedergibt und
F i g. 3 eine Arbeitsweise zur Herstellung de Mörtelprobe, die für die Bestimmung des eingeschränk ten Expansions-Koeffizienten verwendet wird.
Die Erfindung wird in dem nachstehenden Beispie erläutert.
Beispiel
Der Rückstand von der Acetylenbindung, gebrannte weißer Bauxit und wasserfreier Gips wurden in einerr Molverhältnis von CaOAM2O3 = 4 und CaSO, Al2O3 = 3 vermengt. Das resultierende Gemisch wurd bei 1250° C in einem Drehofen gebrannt, wodurch ei CSA-Klinker erhalten wurde. Der CSA-Klinker wurd in einer luftgespülten Mahlvorrichtung mit geschlosse nem Kreislauf pulverisiert, wodurch ein Zement-Expan dierungsmittel mit der in Tabelle 1 gezeigten Mineralzu sammensetzung und Teilchengröße-Verteilung erhalte wurde. Das resultierende Zement-Expandierungsmitt wurde mit Zement in einem Ansatz gemäß Tabelle vermengt wodurch ein Mörtel hergestellt wurde. De eingeschränkte Expansions-Koeffizient des Mörte' wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle zusammengestellt. Im Kontrollversuch wurde ei Mörtel aus einem Zement-Expandierungsmittel gemä der deutschen Patentschrift 15 71 437 hergestellt. In de Tabellen 1 und 3 sind die entsprechenden Werte fü dieses bekannte Mittel zu Vergleichszwecken angege ben.
Tabelle 1
Zement-Expandierungsmittel
Gemäß der Gemäß BDP
Erfindung 15 71 437
Molverhältnis der Ausgangsmater.
Mineral-Zusammensetzung
Teilchengröße-Verteilung (0Zb)
CaO: AhOs; CaSO*
3 CaO · 3 AI2O3 freies CaO freies CaS04
CaSOi
(α) weniger als 44 μ (β) 44 ~ 88 μ (Y) 88 (<5) 149
149 μ
, ... 250 μ 250 ~ 350 μ 4:1:3
23,6 19,5 47,0
40,2 13,6 28,7 11,0 6,5
4:1:3
23,6 19,5 47,0
5,8 93,6
Tabelle 2
FM Fließwert Luft W/Z S/Z Wasser Zement Zementexpandierungs- Sand
mittel m/m (%) (%) (kg/m3) (kg/ms) (kg/m3) (%) (kg/m*)
210
45
2,00
274 608
70
10,3
1,216
Tabelle 3
Aushärtung Alterung (Tage)
Gemäß der Erfindung
Gemäß DBP 15 71
Eingeschränkter Expansions-Koeffizient (%)
20°C in Wasser 1 0,02 0,03
2 0,04 0,06
4 0,06 0,10
7 0,09 0,11
200C in Luft 14 0,11 0,11
(ReI. Feuchtigkeit 50%) 15 0,11 0,10
21 0,10 0,08
28 0,10 0,07
ixpansions-Koeffizienten (%) 9.1 363
Fußnote:
Die Mörtelprobe für die Bestimmung des eingeschränkten Expansions-Koeffizienten wurde nach der Arbeitsweise der F i g. 3 bei einem Stahlverhältnis von 1,0% hergestellt.
Die Arbeitsweise gemäß der Fig.3 geht wie folgt vonstatten: Ein Rahmen A, der durch Verbolzen von Einschränkungseisenplatten mit den Abmessungen von 100 χ 100 χ 15 mm an beide Enden eines PVC-Stahlstabs mit 270 mm Länge, der mit einem Vmylrohr überzogen ist, hergestellt worden ist, wird in ein Gefäß B, definiert in der JIS A-1125, eingebracht
In das Gefäß B wird zuvor hergestellter Mörtel eingebracht, Stunden bei einer Temperatur von 21±3"C im naßen Zustand stehengelassen und aus dem Gefäß B gemäß der JIS R herausgenommen, wodurch eine Mörtelprobe Cerhalten wird.
Fußnote 2:
Die prozentuale Abnahme des eingeschränkten Expansions-Koeffizienten wurde gemäß folgender Formel errechnet:
Prozentuale Abnahme des eingeschränkten _ Expansions-Koeffizient (14 Tage) - Expansions-Koeffizient {28 Tage)
Expansions-Koeffizienten {%) ~ Expansions-Koeffizient (14 Tage) '
Eine Ausführungsfonn der chemischen Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen Zement-Expandierungsmittel ist in der Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4
Chemische Zusammensetzung {%) eines erfmdungsgemäßen Zement-Expandierungsmittels
Glühverlust Unlösliche SiCb
2,0
3,2
AI2O3
10,9
FC2O3 CaO MgO SOi Freies CaO Insgesamt
523
0,6
283 17,2
997
Aus Tabelle 3 wird ersichtlich, daß, wenn eine Mörtelprobe zunächst in Wasser und dann in Luft ausgehärtet wird, die prozentuale Abnahme des eingeschränkten Expansions-Koeffizienten im Falle des herkömmlichen ExpanJierungsmittels 36,3% beträgt,
während sie im Falle des erfindungsgemäßen Expandierungsmittels nur 9,1% beträgt Dies beweist, daß die CSA-Funktion stark verbessert werden kann, wenn man die Teilchengröße des CSA gemäß der vorliegenden Erfindung reguliert.
Hierzu 3 Blau Zeichnungen
J09 610/205

Claims (3)

  1. Patentanspruch:
  2. Zement-Expandierungsmittel, welches durch Brennen von Kalkstein, Aluminiumoxid und Gips in einem solchen Mischverhältnis erhalten worden ist, daß der resultierende Klinker die folgende Mineralzusammensetzung besitzt
  3. 3 CaO · 3 Al2O3
    Freies Cao
    Freies CaSO4
    CaSO4 10 bis 40 Gew.-% löbis20Gew.-% 20b's60Gew.-%
    dadurch gekennzeichnet, daß der erhaltene Klinker pulverisiert worden ist und daß die Teilchengröße des pulverisierten Klinkers in den folgenden Bereichen
    Kleiner als 44 μ
    88 bis 149 μ
    Größer als 250 μ
    eingestellt worden ist.
    30bis60Gew.-% 10bis40Gew.-% weniger als 20 Gew.-°/o
DE19712162053 1971-06-26 1971-12-14 Zement-Expandlerungstnittel Expired DE2162053C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP46046505A JPS517171B1 (de) 1971-06-26 1971-06-26
JP4650571 1971-06-26

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2162053A1 DE2162053A1 (de) 1973-01-18
DE2162053B2 DE2162053B2 (de) 1976-07-15
DE2162053C3 true DE2162053C3 (de) 1977-03-10

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