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Bezeichnung: Hydraulischer Zement und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zement und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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meist wird Beton aus einem feren und harten Bestandteil wie Sand bzw.
Kies und einem hydraulischen Zement (insbesondere Portland-Zement) Wasser und heutzutage
häufig auch mit einer oder mehreren geeigneten Beimischungen hergestellt.
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Die hierbei verwendeten Zemente nennt man "hydraulische" Zemente,
weil sich ihre Teilchen in Anwesenheit von Wasser völlig ändern und eine Verbindung
der Bestandteile zu einer monolitXschen masse verursachen.
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Nach einer geeigneten Zeitdauer unter günstigen Bedingungen hängt
die Festigkeit dieser masse in großem maße von den hydraulischen Eigenschaften des
Zements ab, d.h. von seiner Fähigkeit, den Charakter seiner Teilchen in Wasser zu
ändern.
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So wird z.B. Portland-Zement aus sehr kalkreichem Felsgestein und
Lehm oder Schiefer hergestellt, die gemahlen und gemischt werden. Keiner dieser
Bestandteile besitzt selbst nach dem mahlen irgendwelche hydraulische Eigenschaften,
bis sie in einem Ofen gebrannt und auf geeignete Feinheit gemahlen sind, worauf
sie erst den Portland-Zement bilden. Portland-Zement ist das Produkt eines Hochhitzeverfahrens.
Wenn er später mit Wasser versetzt wird, um die Bildung von Beton zu erreichen,
wird eine beträchtliche Wärme bei der Umwandlung frei. Diese Wärme, die in vielen
Fällen vernachlässigt werden kann oder auch nützlich ist, kann bei großen Beton
massen außerordentlich störend sein, wenn sie nicht so rasch abgeführt werden kann
wie sie erzeugt wird, so daß die masse in gefährlicher Weise hoch erwärmt wird.
Alle Zementsorten unterscheiden sich untereinander hinsichtlich dieser Eigenschaft
und eine wenig Wärme erzeugende Sorte muß oft selbst mit zusätzlichen Kosten gewählt
werden.
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Wenn sie die geeignete chemische Zusammensetzung besitzt, kann Hochofenschlacke
zur Herstellung von Zement nützlich sein.
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Sie ist ein Nebenprodukt beim Schmelzen und, wenn sie aus dem Schmelzraum
abgeführt wird, eine Schmelze aus nichtmetallischen Elementen des Eisenerzes und
Kalkgesteins, das dem Schmelzofen notwendigerweise als Flußmittel zugefügt wird.
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Normalerweise kühlt die Schlacke an der Luft auf einer geeigneten
Halde ab, härtet aus und wird dann als "luftgekühlte harte Hochofen-Eisenschlacket'
bezeichnet. Sie kann zu Betonbestandteilen gebrochen werden. Da sie ein Hitzeprodukt
ist, neigt sie dazu, den Beton hitzebeständig zu machen, wenn sie diesem als Füllstoff
beigefügt wird. Die Schlacke kann auch gemahlen werden und dann grob oder fein anstelle
von Kalkgestein als Rohstoff in der Herstellung von Portland-Zement verwendet werden.
Sie kann mittels Wasser auch rascher abgekühlt werden und in "expandierte" Schlacke
umgewandelt werden. Sie ist dann im Beton als leichter, isolierender Bestandteil
nützlich. Sie besitzt keine der oben erwähnten hydraulischen oder bindenden Eigenschaften.
Außer ihrer typischen Porosität wirkt sie wie natürliches Felsgestein,und die Struktur
ihrer Teilchen bezeichnet man auch als Kristallin.
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Vor mehr als 100 Jahren wurde festgestellt, daß, wenn Schlacke mit
anormaler Schnelligkeit mittels Wasser abgekühlt (abgeschreckt) wird, sie in einen
mehr oder weniger glasartigen Zustand übergeführt wird und dabei kleine sandähnliche
Teilchen bildet. Diese Schlacke bezeichnet man dann im Unterschied zur luftgekühlten
Hartschlacke als granulierte Schlacke. Sie hat wenig Ähnlichkeit mit Hartschlacke,
selbst wenn diese auf die gleiche Korngröße zerkleinert würde,
obgleich
ihre chemische Zusammensetzung die gleiche ist.
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Cranulierte Schlacke erwies sich als geeignet, sich selbst in einer
masse zu binden, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt wurde, was, wie man feststellte,
auf die sogenannte "latente" Hydraulizität der Glasteilchen zurückzuführen ist,
die selbst zwar inert sind, aber durch ein Element (Katalysator) aus freiem Kalk
aktiviert werden, das notwendigerweise vorhanden ist, weil der Cranuliervorgang
niemals ein völlig glasartiges Produkt hervorbringt. Je feiner die Teilchen sind,
desto stärker ist der Abbindevorgang. Einen solchen Stoff, der auf eine kontrollierte
Feinheit gemahlen und mit Kalk versetzt wird, nennt man "Schlackenzement".
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Seit der Entdeckung der latenten Bindeeigenschaften glasartiger Schlacke
waren Forscher damit beschäftigt, die besten Aktivierungsstoffe zu entdecken, um
diese Eigenschaften auszunutzen. In diesem Zusammenhang fand man folgende wesentlichen
Kombinationen: 1. "Schlackenzement" oder Schlackenkalkzement" ist einfach pulverisierte
granulierte Schlacke mit mindestens 60 Gewichtsprozent und nicht mehr als 40% wasserhaltigem
Kalk. Er ist genau in der neuesten AST-Norm C 595-68 =(Normvorschlag) (ASTM = American
Socity for Testing materials) definiert. Er ist relativ billig, muß aber sehr fein
gemahlen sein. Seine Festigkeitaeigenschaften sind die niedrigsten verschiedener
Zementsorten.
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2. "Super-Sulfatzement" besteht aus 80-85 granulierter Hochofenschlacke
und 15-20% Kalziumsulfat (Gips) mit einem geringen Kalkanteil. Er besitzt hohe Festigkeitswerte,
hohe Widerstandsfähigkeit gegen mit Sulfaten verunreinigtes Wasser, entwickelt nur
geringe Hydrationswärme, besitzt gegenüber Säure eine mäßige und gegenüber meerwasser
eine hohe Beständigkeit.
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3. "Portland-Hochofenschlackezement" oder "Portland-Hochofen-Zement
ist gemäß der neuesten ASTS-Norm C 595-6S das Produkt einer innigen Zermahlung einer
mischung aus Portland-Zement-Klinkern und granulierter Hochofenschlacke.
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Der Anteil der verwendeten Hochofenschlacke ist derart, daß der Schlackeanteil
etwa 25-65 Gewichtsprozent des Portland-Hochofenzements ausmacht." In einer zusätzlichen
Erklärung heißt es dann: "Es ist schwierig, eine innige und gleichmäßige mischung
von Portland-Zement und feingranulierter Hochofenschlacke zu erhalten. Folglich
müssen vom Hersteller entsprechende Einrichtungen und Regelvorrichtungen vorgesehen
werden. Der Käufer sollte sich selbst von der Angemessenheit der mischvorgänge überzeugen.11
In der vorgenannten Norm wird granulierte Schlacke bezeichnet als das im wesentlichen
aus Silikaten und Aluminosilikaten des Kalziums bestehende nichtmetallische
Produkt,
das zugleich mit Eisen im Hochofen entwickelt wird und durch das Abschrecken der
geschmolzenen Schlacke in Wasser, Dampf oder Luft gebildet wird." Bevor das erfindungsgemäße
Verfahren betrachtet werden soll, sei noch auf die US-PS 2 687 996 und die DT-PS
820 266 verwiesen, die das mahlen von granulierter Schlacke in nassem Zustand statt,
wie es bei Portland-Zement notwendig ist, in trockenem Zustand empfiehlt. Es muß
aber hier wiederholt werden, daß, wenn Schlacke zu 1û0% aus reinem Glas bestehen
wurde und selbst keine Hydraulizität besitzt, sie in destilliertem Wasser ohne Gefahr
der Aushärtung zwar naß gemahlen werden kann, bis sie später mit dem vorgesehenen
Aktivierungsmittel in Verbindung gebracht wird. Nun muß man aber bedenken, daß hartes
Wasser winzige mengen Aktivierungsmittel für die Schlacke enthält. Es scheint jedoch,
daß die genannten Patentschriften lediglich das Prinzip der Brikettierung gemahlener,
nasser Schlacke lehren, um sie für späteren Gebrauch lagern zu können. Immerhin
kann sie nicht in nassem Zustand, z.B.
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als Schlamm gelagert werden, weil die Gefahr besteht, daß sie in dem
Lagerbehälter oder Silo zu einer masse aushärtet.
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Der Grund dieser Gefahr des Aushärtens liegt darin, daß man sich nicht
darauf verlassen kann. daß die Schlacke völlig
reines Glas ist.
Der normale Granulierungsworgang führt seiten zu einem 100%gen Glas. Der Rückstand
enthält normalerweise freien Kalk und ist ein ideales Aktivierungsmittel, das in
Gegenwart von Wasser bereits in Erscheinung tritt, bevor dies erwünscht ist.
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Bekannt ist ferner eine Veröffentlichung von Frederick m. Lea und
C.H. Desch "The Chemistry of Cement and Concrete". in dieser heißt es u.a.: "Das
Granulieren von Hochofenschlacke war Gegenstand einer großen Anzahl Patente, aber
die verwendeten Verfahren waren gewöhnlich sehr einfach. Es wurden im wesentlichen
drei Hauptverfahrensarten verwendet: Wasser - Dampf und Luft-granulation.
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Bei der Wassergranulation kann die geschmolzene Schlacke in einen
Eisenblechtrog laufen, in-den unter hohem Druck ein Wasserstrom eingeführt wird.
Die Schlacke wird dabei in kleine Teilchen zerlegt und die mischung aus Schlacke
und Wasser in Behälter mit perforiertem Boden geleitet, wo das Wasser ablaufen kann.
Der Erfolg des Verfahrens hängt davon ab, daß die Schlacke mit dem Wasser so früh
wie möglich nach dem Austritt aus dem Hochofen in Berührung gebracht wird und daß
ein genügend starker Wasserstrahl verwendet wird, um die Schlacke unmittelbar beim
Durchlauf zu granulieren. Oft wird ein Wasserstrahl auf die Schlacke beim Einlauf
in den trog gerichtet.
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Nach einem anderen Verfahren läuft der Schlackefluß in einen großen
Wasserbehälter, wobei bei seinem Einlauf ein Kaltwasserstrahl auf den Schlackefluß
einwirkt. Die granulierte Schlacke wird dann aus dem Behälter mittels eines Becherwerks
entfernt. Es wurden auch verschiedene andere Verfahren verwendet, z.B. eine umlaufende
Stahltrommel, auf die die Schlacke auftrifft und auf die Wasser gespritzt wird.
Ferner bibt es noch verschiedene Verfahren, bei denen während des Granulierens Salze
in die Schlacke eingeführt werden.
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Die mit Wasser granulierte Schlacke enthält 15-40% Wasser und wird
in Umlauftrockners mittels Hochofenabgasen getrocknet. Um die hohen Kosten zur Trocknung
der mit Wasser granulierten Schlacke zu vermeiden, wurden die Granulierungeverfahren
mittels Dampf oder Luft angewendet. Bei einem solchen Verfahren trifft ein Strahl
hochgespannten Dampfes auf die fallende Schlacke und bewirkt die Granulatbildung.
Bei einem anderen Verfahren wird die Schlacke über eine umlaufende Stahlplatte geführt,
die mit Dempfstrahlen beaufschlagt wird. Es wurde auch schon eine umlaufende Trommel
verwendet, deren Wandung wassergekühlt ist, wobei die Schlacke mittels feuchter
Druckluft auf die Trommelwandungen geschleudert wird. Beim sogenannten Buderus-Verfahren
wird eine Kombination von Luftstrahl- und Wasserspülung verwendet, die so ausgeglichen
ist, daß ein trockenes Produkt erzeugt wird.
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Der Zweck der Granulation ist es, die Schlacke in seinem möglichst
glasförmigen und nichtkristallinen Zustand zu erhal-ten.
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Sehr kalkreiche Schlacken erfordern eine weit stärkere Abkühlung als
die kalkärmeren und ein Verfahren, das bei der einen Schlacke zufiiedenstellend
abläuft, braucht nicht unbedingt eine befriedigende Granulation bei einer anderen
Schlacke zu erzeugen. Während Luft- und Wasser-Granulierverfahren bei geeigneten
Schlacken angewendet worden sind und die hydraulischen Eigenschaften des Fertigprodukts
dann gleich denjenigen waren, die bei reiner Wassergranulation erzielt wurden, wird
vorwiegend das Granulieren mit Wasser benutzt." Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber den bekannten Zementarten überlegenen hydraulischen
Zement zu schaffen, der im wesentlichen die bisher als wertlos angesehene Mineralwolleschlacke
enthält.
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Die Erfindung besteht in einem hydraulischen Zement, der gekennzeichnet
ist durch eine gleichförmige mischung aus im wesentlichen Portland-Zement und mineralwolleschlackangrisF
in feingemahlenem Zustand, wobei der Anteil des MinsralwolleschlackengrieFes 10-90
Gew.% der Mischung ausmacht und das Verhältnis von Siliziumdioxyd zu Kalk in der
Schlacke wesentlich größer ist als 1.
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Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren zur Herstellung eines
solchen Zements und ist durch folgende Verfahrensgänge gekennzeichnet: a) gleichförmiges
und inniges mischen feingemahlener mineralwollenschlacke mit Portland-Zement, wobei
der Anteil der Schlacke 10-90 Gew.% der mischung ausmacht und das Verhältnis von
Siliziumdioxyd zu Kalk größer ist als 1, b) Hydrieren der trockenen mischung mit
Wasser, c) Gießen des hydrierten Zements in eine Form- und d) Erhitzen des gegossenen
Zements mittels Beaufschlagung durch Hochtemperatur- und Hochdruckdampf in einem
geschlossenen Druckkessel.
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Erfindungsgemäß wird dem üblichen Portland-Zement eine besondere Art
Hochofenschlacke zugeführt, nämlich solche, die bei der mineralwolleherstellung
als Abfallprodukt anfällt und bessere Glaseigenschaften aufweist als übliche Hochofenschlacke.
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Diese Schlacke besitzt,kraft ihrer UeEdelung durch Zusätze von Siliziumdioxyd
und Tonerde bzw. Oxyden hiervon,ausgesprochen reinere Glaseigenschaften als sie
bisher erzeugt werden konnten. Sie ist daher sehr zur Herstellung eines besseren
Zements geeignet als die übliche unveredelte Hochofenschlacke.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Schlacke ist ein Abfallprodukt der
Mineralwolleherstellung und wird durch Hinzufügung von Siliziumdioxyd und Tonerde
oder einem Oxyd hiervon so veredelt, daß sie eine Schlacke wird, deren Siliziumdioxydanteil
wesentlich größer ist als ihr Kalkanteil, mas bisher für Zement nicht als erstrebensuert
und nützlich trachtet worden ist.
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Diese Schlacke ist also praktisch eine übliche Hochofenschlacke, die
die genannten Füllstoffe besitzt und einen entsprechend geringen Kalkgehalt aufweist.
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Der erfindungsgemäße "modifizierte Schlacke-Zement" ist ein hydraulischer
Zement, der entweder durch-Sischung feingemahlener Schlacke oder durch gemeinsames
Vermahlen der modifizierten Schlacke mit Portland-Zsment-Klinkern hergestellt ist.
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Obgleich hier nur eine Art des Portland-Zement betrachtet ist, sei
bemerkt, daß alle handelsüblicher Portland-Zemente für die Herstellung des erfindungsgemäßen
Zements brauchbar sind. Die sich ergebenden Zemente zeigen nämlich verbesserte Eigenschaften,
die unabhängig von der verwendeten Portland-Zement-Sorte sind.
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mineralwolle wurde früher aus Kalkgestein oder Dolomit hergestellt.
Während der vergangenen 25 Jahre wurde statt dessen
jedoch Schlacke
verwendet. Das Nebenprodukt von sowohl Dolomit als auch Schlacke wurde als nutzlos
angesehen und, soweit bekannt, weggeworfen. Es wurde bereits oben ausgeführt, daß
mineralwolle- oder klumpige Glasfaser aus aufgeschmolzener Hochofenschlacke unter
Zusatz von Siliziumdioxyd und Tonerde oder einem Tonerdeoxyd in irgendeiner Weise
hergestellt wird, wodurch es im Mineraiwollegrieß als Nebenprodukt gefunden wird.
Bei der Herstellung von Mineralwolle wird etwa die Hälfte dieses Nebenproduktes
aus dem Volumen der bei der Herstellung von mineralwolle geschmolzenen Hochofenschlacke
hergestellt. Die verbleibende Hälfte ist Mineralwollegrieß oder Grisßschlacke, deren
Eigenschaften und Vorteile für die hier beschriebene Herstellung hochwertiger Zemente
erkannt wurden.
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Die Schlacke wird unter dem Einfluß von Dampf aus dem Ofen ausgetrieben.
Während des Austritte aus dem Ofen werden die Mineralwollefaser und der Schlackengrieß
an der Luft abgeschreckt. Das der Schlackengrieß kugelförmig ist, wird er ausgeschieden,
während die gubrauchefähigen Mineralmollefasern in der Luft schueben bleiben, bis
sie aufgenommen und zum eventuellen Gebrauch als "mineraluolle" gesammelt werden.
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Anscheinend ist es nicht in erster Linie die chemische Zusammensetzung
der Schlacke, die die bedeutende hydraulische
Bindefähigkeit der
Schlacke bestimmt, sondern ihr glasartiger Zustand. Dies hängt nach Ansicht des
Erfinders zwar teilweise von der chemischen Zusammensetzung ab, aber im wesentlichen
von der Temperatur der Schmelze und der rechtzeitigen Abschreckung, bevor ein unerwünschtes
Absinken der Schmelztemperatur eintritt.
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Eine Analyse von Mineralwollegrieß ergab etwa folgende Zusammensetzung:
Siliziumdioxyd (SiO2) 42,10,' Tonerde (Al2O3) 9,11% Schwefel (S) 0,64,' Eisen ingesamt
(re) 0,55,' Kalk (CaO) 34,00% Magnesiu@oxyd (MgO) 12,67% mangan (mn) 0,30,' Restbestandteile
insgesamt 0,63% 100,00% Das Wesen der Erfindung wird im Hinblick auf die vorstehenden
Ausführungen darin gesehen, daß das allgemein als mineralwo@leschlackengrieß oder
als Schlackengrieß bekannte Abfallprodukt bei der Herstellung von Mineralwolleisolierungen,
das bisher als nutzlos bezeichnet und weggeworfen wurde, als Bestandteil
eines
hydraulischen Zements verwendet wird, wobei dieser Schlackengrieß so fein gemahlen
wird, daß er latente hydraulische Binde- oder Zementeigenschaften besitzt. Eine
solche Schlacke mit etwa 55,' Siliziumdioxyd und 45,' Kalk wurde bisherher für die
Zementherstellung als ungeeignet angesehen.
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Im Gegensatz hierzu wurde jedoch festgestellt, daß diese Schlacke
überraschenderweise und entgegen allen bisherigen meinungen ausgezeichnete latente
Bindeeigenschaften besitzt, Dies liegt offenbar in erster Linie daran, daß die Schlacke
zu 100,' Glas ist, d.h. in einem Zustand anfällt, der zwar stets angestrebt, aber
nie oder nur selten erreicht uorden ist, wie die oben dargestellte Entwicklung der
Schlackengranulation zeigt. In hydraulischem Zement ist Mineraluolle ein neuer und
ungewöhnlicher Bestandteil.
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Die Verwendung des Schlackengrießes bei der Zementheretellung hat
folgende Vorteile: 1. Schlackengrieß ist in großen mengen erhältlich, billig und
sehr geeignet als Füllstoff eines hydraulischen Zements.
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2. Schlackengrie@ bildet, wenn er in geeigneter, fein zermahlener
Korngröße vorliegt, zusammen mit Portland-Zement einen Zement, der bessere hydraulische
Eigenschaften besitzt als normaler Portland-Zement.
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3. Schlackengrieß kann als Füllstoff zur Herstellung von Zement längere
Zeit als Rohstoff oder auch feingemahlen ohne Aushärtungserscheinungen innerhalb
oder unter offenem Himmel außerhalb von Lagergebäuden auf Vorrat gehalten werden,
da er von winzigen Aktivierungsstoffen nicht angegriffen wird, weil er praktisch
zu 100% aus Glas besteht und wegen des Fehlens freien Kalks keinerlei Zement oder
Bindesigenschaften besitzt.
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4. Wegen der dem Schlackengrieß eigenen geringen Hydrationswärme,
die auf den hohen Kieselsäuregehalt, den geringen Kalkgehalt und das parktisch völlige
Fehlen von Trikalziumaluminat zurückzuführen ist, isb der neue Zement besser dazu
geeignet, Säure- oder Sulfatangriffen zu widerstehen als Zemente der bisher bekannten
Zusammensetzungen.
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5. Zement mit Schlackengrieß entspricht allen ASTm-Normen für hydraulischen
Zement und zeigte im geräuschfreien Autoklaven-Expansions- und Kontraktionsversuch
nur eine Expansion von 0,04,'.
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6. Zement mit Schlackengrieß bietet die möglichkeit, einen gegenüber
normalem Portland-Zement helleren weißen Beton herzustellen, da der Schlackengrieß
kein freies Eisen enthält.
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7. Bei gleicher Verarbeitbarkeit int es möglich, mit einem kleineren
Verhältnis Wasser:Zement als bei normalem Portland-Zement auszukommen, wobei die
Undurchdringelichkeit und Dauerfestigksit, wie sie bei Beton gefordert wird, verbessert
wird.
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8. Bei vielen Versuchen mit mischungen von Schlackengrieß mit verschiedenen
Portland-Zementen aller Herstellungsalter zwischen weniger als einem ond mehr als
einem Jahr ergeben sich keine Rückbildungserscheinungen.
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9. Es entfallen die bisherigen teuren Herstellungastufen zur Herstellung
von mineralwolle. Der gesamte Anfall von Hochofenschlacke kann im Gegensatz zu mit
Wasser oder Dampf granulierter Schlacke und der damit verbundenen hohen Trocknungs-
und Behandlungskosten in luftgekühlter Form verwendet werden.
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Die Schlacke und der Portland-Zement werden in einer trockenen mischung
miteinander vermengt, wobei die Anteile der Schlacke zwischen etwa 10 und 90 Ges.,'
der Gesamtmischung liegen. Es sei bemerkt, daß bereits eine Abwandlung von 10,'
Schlacke im Verhältnis zum Portland-Zement eine beträchtliche Steigerung der Festigkeit
des mörtels im Gegensatz zu 100% Portland-Zement herbeiführt. Andererseits zeigt
die Tatsache, daß ein
Stoff aus 100% modifizierter Schlacke ohne
Portland-Zement hinsichtlich der Festigkeitserzeugung nutzlos war, daß die modifizierte
Schlacke etwas Portland-Zement erfordert, der als Katalysator zur Verwirklichung
der Zementbindeeigenschaften wirken muß.
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Das spezifische Gewicht der modifizierten Schlacke beträgt etua 2,9
im Verhältnis zu 3,14 bei Portland-Zement. Dies führt zu der naheliegenden Schlußfolgerung,
daß die mischung von Schlacke mit Portland-Zement, wenn die Anteile nach dem Gewicht
gemessen werden, hinsichtlich des absoluten Voluments relativ rsich an Bindemittel
ist. Dies bewirkt, daß die mischung bei einem Verhältnis von gleichen Gewichtsanteilen
Schlacke und Portland-Zement um 4,25,' reicher an veredeltem Zementbestandteil hinsichtlich
des absoluten Volumens der Zementteilchen ist. Ein solcher Zuwachs an Zement in
einer mörtel- oder Betonhischung würde normalerweise ohne zusätzliches Wasser bei
einer gegebenen Zusammensetzung eine Erhöhung der Druckfestigkeit um 8-10 erbringen,
wie dies schon seit langem bekannt ist durch das vor 50 Jahren von Duff Abrams aufgestellte
Gesetz über das Wasser-Zement-Verhältnis. Demgemäß ist die Überlegenheit der verschiedenen
Mischungen modifizierter Schlacke mit Portland-Zement dieser Verstärkung des Zementfaktors
in der Mischung zuzuschreiben, was aber die Vorzüge der modifizierten Schlacke keineswegs
mindert, da
diese ja auch nach ihrem Gewicht als Rohmaterial verkauft,
gemahlen und zu Zement veredelt wird.
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Alle mischungen mit modifizierter Schlacke neigen dazu, das anfängliche
Abbinden des mörtels oder Betons im Verhältnis zur Abbindezeit des Portland-Zements
zu verzögern und, je größer der Anteil der Schlacke in der mischung ist, desto stärker
ist diese Verzögerung. In vielen Fällen ist die Verzögerung der Abbindezeit bei
Zement eine erwünschte Eigenschaft, weil dadurch mehr Zeit für die Bearbeitung gewonnen
wird, die manchmal nur durch Zusätze und besondere Kosten ermöglichst wird. Demgemäß
sind die Mischungen mit größerem Schlackenanteil in erster Linie in dieser Hinsicht
geeignet, sie zunal/auch aus wirtschaftlichen Gründen wegen der geringeren Kosten
der Schlacke vorteilhaft sind.
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Alle Mi.schungen mit nodifizierter Schlacke sind auffallend besser
bearbeitbar als entsprechende mischungen nur mit Portland-Zement und je stärker
der Anteil der Schlacke ist, desto stärker ist auch die Möglichkeit einer weiteren
Bearbeitung gegeben.
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Die modifizierte Schlacke befindet sich in den Zementen in einem Feinheitsgrad
zwischen 2000 und 7630 Blaine, vorzugsweise zwischen 4500 bis 5600 Blaine. Da gröbere
mahlgrade geringere Festigkeiten als feinere mahlgrade bringen ist
ihre
Anwendung allgemein auf solche Gelegenheiten beschränkt, wo bei den Produktionskosten
auf äußerste Wirtschaftlichkeit geachtet werden muß und wo die anfängliche Festigkeit
eine untergeordnete Rolle spielt. Umgekehrt werden die feineren mahlgrade, die auch
teurer sind, in solchen rollen verwendet, wo außergewöhnlich hohe Festigkeiten erfordert
werden.
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Es sind verschiedene Nachbehandlungstechniken für die Verwendung im
Labor sowie in der kommerziellen Zementherstellung bekannt, die nützlich, bequem
und vorteilhaft sind9 um die Qualität des Betons zu verbessern Es wird darauf hingewiesen,
daß es sich hierbei um Beton handelt, der mit hydraulischen Zementen einschließlich
d modifizierten Schleckenzements hergestellt worden ist. Die gonannten Techniken
sind: a) euchtigkeitsbehandiung bei deren Temperaturen von 230 C bis auf 4,50 C.
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Unter diesem Zustand entwickeln die meisten hydraulischen Zemente
langsamer als bei 23o @. ihre Festigkeit, doch erreichen sie schließlich eine höhere
Festigkeit0 Es ergab sich, daß der modifizierte Schlackenzement hierbei keine Ausnahme
macht.
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b) Feuchtigkeitsbehandlung bei höheren temperaturen und atmosphärischem
Druck zwischen 23° und 100° C, wie dies häufig in der Betonindustrie üblich ist,
wobei die üblichen Temperaturen
zwischen 70 und 1000 C liegen.
In diesem Fall entwickelt der Beton sehr rasch eine größere Festigkeit als bei niedrigeren
Temperaturen, doch erreicht er selten eine endgültige Festigkeit der Höhe wie bei
der kühleren Nscbehandlung. Auch hierbei zeigte der modifizierte Schlackenzement
kein anderes Verhalten als die übrigen hydraulischen Zemente.
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c)Die trockene Nachbehandlung bei üblichen Temperaturen wurde bisher
niemals als günstig für die Entwicklung der Festigkeit irgendeines hydraulischen
Zements ermittelt. Normalerweise beschleunigt sie die anfängliche Festigkeitsentwicklung,
doch verhindert sie sehr eine endgültige Festigkeit im Verhältnis zur Feuchtigkeitsbehandlung.
Der modifizierte Schlackenzement stimmte auch in dieser Hinsicht damit überein,
obgleich er eine gewisse Festigkeit in der trockenen Umgebung entwickelte, die jedoch
bedeutend niedriger lag als bei einer Feuchtigkeitsbehandlung. Tatsächlich übersteigt
der modifizierte Schlackenzement jedoch die Qualitäten des Portland-Zements bei
trockener Nachbehandlung, jedoch nicht in dem maße, wie dies bei der Feuchtigkeitsbehandlung
im Verhältnis zum Portland-Zement der Fall ist.
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d) Die Nachbehandlung im Autoklaven ist ein Nachbehandlgngsverfahren
mit Dampf bei erhöhten Temperaturen und erhöhten Drücken in Druckkesseln. Während
der Praktiker die Temperaturen und
Drücke so auswählt, wie sie
seinen Bedürfnis.sen und der besonderen Zementart entsprechen, ist eine Temperatur
von '1850 C bei einem Dampfdruck von 10,5 atü während einer Zeit von 5 1/2 Stunden
typisch für Prüfzwecke, während niedrigere Temperaturen (175 - 1820 C) mit entsprechend
niedrigeren Dampfdrücken (9,84 - 10 atü) und machmal kürzerer Dauer (3 1/2-4 1/2
Stunden) gewöhnlich in der Betonsteinindustrie üblich sind. Es ist ein Standard-Nachbehandlungverfahren,
bei dem alle hydraulischen Zemente einschließlich Portland-Hochofenschlacke-Zemente
günstig reagieren.
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Die Autoklaventechnik stellt eine Neuerung auf dem Gebiet der typischen
Zementtrocknungsmethoden dar. Sie verbessert die Druck-festigkeit der sich ergebenden
Zemente. modifizierte Schlackenmischungen mit 45 - 90,' Schlacke bilden einen sehr
mützlichen Zementbinder für im Autoklaven behandelte Betonprodukte und sind gegenüber
Portland-Zement erheblich billiger.
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Beispiel 1 Dieses Beispiel erläutert, daß es ratsam ist, bei der
Zubereitung wirksamer hydraulischer Zemente gemäß der Erfindung, Schlackenkonzentration
hinzuzufügen.
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Hydraulische Zemente wurden durch gleichförmiges mischen von modifiziertem
mineralwolleschlackengrieß mit einer. Feinheit
von 5 440 Blaine
mit normalem Portland-Zement (ASTm Type I) mit unterschiedlichen Anteilsmischungen
vermischt. Proben jeder Zementmischung wurden zu mörtelwürfeln von 5 cm Kantenlänge
geformt und mittels der Feuchtigkeitsnachbehandlungs/technik bei 230 C behandelt.
Die Druckfestigkeit der Probenwürfel wurde bei verschiedenen Feuchtigkeitsbehandlungen
mittels der ASTm Prüfnorm C-109 ermittelt.
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Die Ergebnisse dieser Bestimmungen zeigt folgende Tabelle: Tabelle
I
| Cewichtsprozente Druckfestigkeit (kg/cm2) |
| modifizierte Schlacke Feuchtigkeitsbehandlungsintervall von |
| 3 Tagen 7 Tagen 28 Tagen 3 monaten |
| 0% (d.h.100,' Port- |
| land-Zement) 195 260 340 396 |
| 10 206 279 379 457 |
| 20 193 263 423 500 |
| 30 165 254 438 547 |
| 40 150 247 470 570 |
| 50 126 222 488 630 |
| 60 99 204 492 635 |
| 70 78 i88 480 605 |
| 80 50 150 445 523 |
| 100 0 keine Festigkeit, Versuch abgebrochen |
Die vorgezeigten Ergebnisse zeigen klar den weiten Bereich der
Schlackekonzentrationen, der bei der Zubereitung von hydraulischen Zementen gemäß
der Erfindung nützlich ist.
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Beispiel II Dieses Beispiel zeigt den weiten Bereich der im Rahmen
der Erfindung anwendbaren Feinheitsgrade der Schlacke.
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Hydraulische Zemente wurden durch Vormischen modifizierten mineralwolleschlackengrießes
bei verschiedonen Feinheit graden (gemessen nach Blaine) mit normalem Portland-Zement
(ASTM Type I) im Gewichtsverhältnis von 50 : 50 hergestellt.
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Die Druckfestigkeit der sich ergebenden Zemente wurde dann entsprechend
dem Beispiel 1 ermittelt.
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Die meßergebnisse lauten wie folgt: Tabelle II Feinheitsgrad der Druckfestigkeit
(kg/cm2) modifizierten Schlacke Feuchtigkeitsbehandlung im Inirvall von in Blaine
3 Tagen 7 Tagen 28 Tagen 3 monaten 2 000 47,1 "7,5 150 2 470 70,3 118 239 3 100
107 200 460 3 620 106 183 373 522
4 000 110 193 400 490 4 540 113
214 457 588 4 990 121 219 476 618 5 450 129 232 505 635 5 880 131 253 536 670 6
420 142 261 582 700 6 970 148 278 596 740 7 500 166 323 635 742 7 630 183 329 640
745 Die vorgenannten Ergebnisse zeigen die utqten Bereiche der Feinheitsgrade, die
bei der Verwendung des erfindungsgemäßen hydraulischen Zements zweckmäßig sind.
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Beispiel III Diese Beispiel erläutert die neuartige Autoklabenbehandlungstechnik
gemäß der Erfindung.
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Hydraulische Zemente wurden durch gleichförmiges mischen von modifiziertem
mineralwolleschlackengrieß des Feinheitsgrades 5 400 Blaine mit normalem Portland-Zement
(ASTm Type I) mit unterschiedlichen Gewichtszusammensetzungen vermengt. Die Druckfestigkeit
der sich ergebenden Zemente wurde dann entsprechend dem Verfahren des Beispiels
I ermittelt mit der Ausnahme, daß die mörtelproben in einem Autoklaven nachbehandelt
wurden
und zwar während einer Dauer von 5 1/2 Stunden bei einer Temperatur von 1850 C und
einem Druck von 10,5 atü.
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Die Ergebnisse sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt: Tabelle III
Cewichtsprozente der Druckfestigkeit (kg/cm2) modifizierten Schlacke 0,' (d.h. 100,'
Portland-Zement) 308 45,' 500 60 440 65 440 70 460 75 600 80 505 85 555 100 (nur
Schlacke, kein Portland- O (Keine DruckFestigkeit) Zement) Die vorgenannten Ergebnisse
zeigen deutlich die allgemeine Anwendbarkeit der neuen Autoklavenbehandlungstechnik.
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Das vorbeschriebene Verfahren wurde daraufhin wiederholt mit der Ausnahme,
daß statt des Feinheitsgrades 5 400 Blaine ein solcher von 4 800 Blaine verwendet
wurde. Die Verhältnisse des sich ergebenden Zements, insbesondere hinsichtlich der
Druckfestigkeit
waren mit den vorgenannten der feineren Ausführung
vergleichbar.
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Zusammenfassend ist zu erkennen, daß die Erfindung neuartige hydraulische
Hochleistungszementverbindungen betrifft, die den bisherigen Zementen hinsichtlich
des Preises und ihrer Druckfestigkeit überlegen sind.