DE2162053C3 - Zement-Expandlerungstnittel - Google Patents
Zement-ExpandlerungstnittelInfo
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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
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
88 bis 149 μ
Größer als 250 μ
30bis60Gew.-% 10bis40Gew.-%
weniger als 20 Gew.-%
eingestellt worden ist
Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert
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.
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.
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
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
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.
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)
- Patentanspruch:
- 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 CaO · 3 Al2O3
Freies Cao
Freies CaSO4CaSO4 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 BereichenKleiner als 44 μ
88 bis 149 μ
Größer als 250 μeingestellt worden ist.30bis60Gew.-% 10bis40Gew.-% weniger als 20 Gew.-°/o
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP46046505A JPS517171B1 (de) | 1971-06-26 | 1971-06-26 | |
JP4650571 | 1971-06-26 |
Publications (3)
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DE2162053A1 DE2162053A1 (de) | 1973-01-18 |
DE2162053B2 DE2162053B2 (de) | 1976-07-15 |
DE2162053C3 true DE2162053C3 (de) | 1977-03-10 |
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