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n Zement zur Herstellung von Bauteilen hoher Festigkeit n Die Erfindung
betrifft einen Zement zur Herstellung von Bauteilen hoher Festigkeit.
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Für Bauzwecke sind viele verschiedene Zemente bekannt, und zwar sowohl
für die Herstellung von Bauten als auch von Fahrbahnen. In fast allen solchen Fällen
ist es wünschenswert, einen Zement zu verwenden, der für die hieraus hergestellten
Bauteile eine hohe Druck-, Scher- und Zugfestigkeit ergibt.
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Die bisher bekannten Zemente haben nach einer Abbinde-2 zeit von 28
Tagen eine Druckfestigkeit von etwa 560 kp/cm während gewöhnlicher Mörtel nach 28
Tagen Härte zeit nur 2 eine Druckfestigkeit von etwa 210 kp/cm hat.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Zement, der eine hohe Druck-,
Scher- und Zugfestigkeit ergibt.
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Gemäß der Erfindung hat der Zement einen Gehalt an Tricalziumaluminat
von etwa 0 bis 1 Gewichtsprozent, ein Dispergierungsmittel und geringe Anteile von
Wasser.
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Die Zementmischung kann auch eine Füllung von Sand, Zuschlagstoffen
und Fasern enthalten. Sie ergibt nach etwa 28 Tagen eine Druckfestigkeit von huber
1400 kp/cm2, eine Scherfestigkeit von über 175 kp/cm2 und eine Zugfestigkeit von
mehr als etwa 32 kp/cm².
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Der der vorliegenden Erfindung entsprechende Zement muß einen Gehalt
an Tricalziumaluminat von weniger als etwa 1 Gewichtsprozent des Zementes haben
und enthält vorzugsweise kein Tricalziumaluminat. Es hat sich gezeigt, daß solche
Zemente in Verbindung mit Dispergiermitteln und verringertem Wassergehalt ungewöhnlich
hohe Festigkeiten ergeben.
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Ein größerer Gehalt an Tricalziumaluminat als etwa 1,0 Gewichtsprozent
des Zements verringert erheblich die Festigkeit des erhärteten Zements. Der bevorzugte
Gehalt an Tricalziumaluminat ist 0 % des Zementgewichts. Handelsübliche Zemente
haben gewöhnlich einen Gehalt an Tricalziumaluminat von etwa 5 Gewichtsprozent oder
mehr.
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Obwohl das Pulverisieren des Zements für die Qualität nicht entscheidend
ist, hat der übliche Zement im allgemeinen eine Pulverisierungsfeinheit, die nach
der Wagner-Methode auf je ein Gramm Zement eine Fläche von etwa 2000 bis 2900 cm2
ergibt.
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Für Zemente sind 94-Pfund-Säcke handelsüblich, und das Wort "Sackn
bedeutet im folgenden ein Gewicht von 42,6 kg.
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Für die Erfindung ist ein Dispergiermittel notwendig, das die Dispersion
des Wassers im Zement unterstützt und die Verwendung kleinerer Wassermengen als
normalerweise notwendig ermöglicht. Die geringen Wassermengen tragen dazu bei, die
Festigkeit des gehärteten Zements zu vergrößern.
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Ein für die vorliegende Erfindung geeignetes Dispergies mittel ist
in dem US-Patent Nr. 3 3es 225 beschrieben und wird ungewöhnlich als Eindicker bezeichnet.
Es ist unter dem Warenzeichen CFR-2 erhältlich. Derartige Dispergiermittel bestehen
im allgemeinen aus Natriumsalzen der mit Formaldehyd kondensierten Naphthalin-Sulfosäure
und können auch Polyvinylpyrrolidon enthalten.
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Das Dispergiermittel ist in der erfindungsgemäßen Zementmischung vorzugsweise
in Konzentrationen von etwa 0,5 bis etwa 5,0 Gewichtsprozent des Zements enthalten.
Konzentrationen des Dispergiermittels von weniger als 0,5 Gewichtsprozent des Zements
ermöglichen nicht die Verwendung von genügend kleinen Wasserkonzentrationen, um
die erhöhten Festigkeiten zu erhalten. Dispergiermittel in Konzentrationen von mehr
als 5,0 Gewichtsprozent des Zements erhöhen die Festigkeit des gehärteten Zements
nicht nennenswert und sind deshalb nicht nützlich.
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Der bevorzugte Gehalt von Dispergiermitteln beträgt etwa 0,75 bis
etwa 2,50 Gewichtsprozent des Zements, und zwar ist eine Konzentration von etwa
2,0 Gewichtsprozent Zement am günstigsten.
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Nach der vorliegenden Erfindung muß das Wasser verhältnismäßig frei
von Verunreinigungen sein, um eine Störung beim Mischen des Zements zu einem Schlamm
zu vermeiden, und darf keine Karbonate enthalten. Es hat sich gezeigt, daß Karbonate
ein nicht vorhersehbares rasches Abbinden
des Zements nach'Art des
"Blitziabbindens" bewirken.
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Das Wasser kann einen geringen Salzgehalt ähnlich jenem von Seewasser
haben (etwa 3,0 Gewichtsprozent des Wassets). Höhere Konzentrationen verzögern bekanntlich
die Abbindezeit des Zements.
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Das Wasser sollte eine Konzentration von etwa 18 % bis etwa 32 % des
Zementgewichts (2 bis 3,6 Gallonen pro Sack Zement) haben. Kleinere und größere
Konzentrationen als dieser bevorzugte Wassergehalt ergeben eine Verringerung der
Festigkeit des gehärteten Zements. Außerdem hat es sich gezeigt, daß kleinere Wasserkonzentrationen
als etwa 18 % nicht genug Wasser ergeben, um alle Zementpartikel zu benetzen.
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Die bevorzugte Konzentration des Wassers ist etwa 24,6 % (2,69 Gallonen
pro Sack Zement). Es hat sich gezeigt, daß diese Wasserkonzentration in Verbindung
mit der bevorzugten Konzentration der Dispergiermittel ein leichtes Mischen des
Zementschlammes und ungewöhnlich hohe Festigkeiten des Zements ermöglicht.
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Der Zementmischung können Sand und Zuschlagstoffe zugesetzt werden,
wobei auf einen Sack Zement bis zu etwa 225 kg
Sand (530 %) zugesetzt
werden kann. Der Sand und die Zuschlagstoffe dienen als Füllung und bewirken, daß
eine bestimmte Zementmenge einen größeren Raum anfüllt.
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Sie haben nur geringen Einfluß auf die Druck-, Scher-oder Zugfestigkeit
der Zementmischung. Sand und Zuschlagstoffe in Konzentrationen zwischen 32 % und
210 % des Zementgewichts ergeben eine weitere Erhöhung der Festigkeit der Zementmischung.
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Es kann jede Art von Sand und Zuschlagstoffen verwendet werden, jedoch
empfiehlt es sich, Sand und Zuschlagstoffe mit scharfkantiger Oberfläche zu verwenden,
wodurch ein besseres Mischen mit dem Zement ermöglicht wird als bei Sand und Zuschlagstoffen
von glatter Oberfläche.
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Größere Eonzentrationen von Sand als etwa 530 % des Zementgewichts
sind nicht brauchbar, weil dann nicht genug Zement zum usammenhalten der Mischung
vorhanden ist.
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Der bevorzugte Bereich der Konzentration von Sand und Zuschlagstoffen
beträgt etwa 32 % bis etwa 95 % des Zementgewichts. Diese Konzentrationen von Sand
und Zuschlagstoffen haben sich als günstig für eine Erhöhung der Festigkeit des
Zements erwiesen.
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Die Festigkeit des Zements kann durch Fasern erhöht werden. Besonders
geeignete Fasern sind verhältnismäßig kurze Metall- und Kunststoffasern, wobei Metallfasern
vorzuziehen sind.
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Die Fasern können aus jedem Material bestehen, das in einer Umgebung
mit einem größeren pH als 7 nicht beschädigt wird. Hierfür sind geeignet Fasern
aus Stahl und aus Kunststoff, wie Polyamide, Polyacrylonitrile, Polyäthylene, Terephthalate
und andere acrylische Fasern sowie modifizierte acrylische Fasern, wie Vinylchlorid-Acrylonitril-Copolymere,
Polyäthylene und Polypropylene, Polyvinylchloride, Vinylchlorid-Vinyliden-Chlorid-Copolymere,
Cyclohexanedimethanol-Polyester, Polyfluorolefine einschließlich Polytetrawluoroäthylene,
Vinylacetat-Vinylchlorid-Copolymere, Vinyon und andere. Glasfasern können mit oder
ohne Überzug aus verschiedenen an sich bekannten salinen Verbindungen verwendet
werden. Es kann also jede metallische oder synthetische Faser mit Vorteil Anwendung
finden, soweit sie durch den Zementschlamm nicht wesentlich beeinflußt wird, d.h.
in Wasser oder basischer' Umgebung unlösbar ist.
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Im allgemeinen haben die synthetischen Fasern eine Länge von etwa
1,25 mm bis 152 mm. Die bevorzugte Faserlänge beträgt etwa 12,7 mm. Für Metallfasern
ist die bevorzugte Länge 1,5 bis 1,8 mm. Es hat sich Uberraschenderweise gezeigt,
daß kürzere Fasern eine ebenso große oder größere Festigkeit als längere Fasern
ergeben. Dieses Phänomen ist nicht vollständig geklärt und scheint darauf zurückzuführen
zu sein, daß kurze Fasern sich mit dem Zement in einer Überlappung verbinden, wodurch
die kurzen Fasern dicht nebeneinander gelangen und ebenso wirken wie eine einzige
Faser, so daß sie die Festigkeit längerer Fasern erhalten, ohne daß sie deren Volumen
haben. Außerdem haben sie gleichzeitig eine größere Berührungsfläche mit dem Zement.
Infolge einer solchen Überlappung bilden die Fasern ein dreidimensionales Gitterwerk,
das durch längere Fasern nicht sofort entstehen kann und dem Zementkörper eine größere
Festigkeit gibt als durch längere Fasern erreicht werden kann.
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Die für die Erfindung geeigneten Fasern können gerade oder gekräuselt,
beschichtet oder sonstwie mechanisch bearbeitet sein. Mechanisch bearbeitete Fasern
ergeben eine bessere physikalische oder mechanische Verkettung
mit
dem Zementschlamm und erhöhen dadurch weiter die durch Zusatz der Fasern erreichte
Biege-, Druck-' und Zugfestigkeit. Zur Bildung des Gitterwerks aus sich überlappenden'Fasern
ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Fasern in dem Zement notwendig.
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Diese gleichmäßige Verteilung'kann leicht mit kurzen Fasern erreicht
werden, vorzugsweise in Längen von etwa 12,7 mm für Kunststoffasern und von etwa
1,5 mm für Metallfasern. Fasern von größerer Länge als 152 mm kleben leicht aneinander,
statt daß sie sich in dem Zementschlamm gleichmäßig verteiien. Durch dieses Aneinanderkleben
der langen Fasern tritt eine Verstopfung der zum Mischen und Einbringen des Schlammes
benutzten Einrichtungen auf.
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Kürzere Fasern als 1,25 mm ergeben geringere Festigkeitswerte des
Zementes, weil sie nicht lang genug sind, um sich miteinander zu überlappen und
das erwähnte Gitterwerk zu bilden, es sei denn, daß die kurzen Fasern dem Zementschlamm
in hohen Konzentrationen zugesetzt werden.
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Bei kürzeren Fasern als 1,25 mm würde zur Erhöhung der Festigkeit
des Zements eine so hohe Konzentration der Fasern nötig sein, daß der Zementschlamm
eine halbfeste Masse wird, die nicht in Formen eingefüllt werden kann.
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Vorzugsweise haben die Fasern einen Durchmesser von etwa 0,025 mm
bis etwa 5 mm. Dünnere Fasern als 0,025 mm sind vom Mischungsstandpunkt aus nicht
praktisch, und dickere Fasern als 5 mm Durchmesser haben eine so geringe Oberfläche,
daß das Gitterwerk nicht in ausreichendem Maße entstehen kann und die Festigkeit
des Zementkörpers nicht so groß wird wie mit Fasern von kleinerem Durchmesser. Der
vorteilhafteste Faser-Durchmesser ist ungefähr 0,038 mm.
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Die Kunststoffasern sind in dem Zementschlamm in einer Konzentration
von etwa 0,015 bis 1,06 % und die Metallfasern von etwa 0,015 % bis etwa 1,06 %
des Gewichtes des trockenen Zements enthalten. Die größten Festigkeiten ergeben
sich bei einem Fasergehalt von etwa 0,07 bis etwa 0,27 des Gewichts des trockenen
Zements. Bei geringeren Faserkonzentrationen als 0,02 % befinden sich im Zement
nicht genug Fasern zur Bildung des überlappen Gitterwerkes. Größere Faserkonzentrationen
als 1,06 % des Gewichts des trockenen Zements geben dem Schlamm einen zu großen
Ablagerungswinkel, der dann nicht mehr in Formen gießbar ist.
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Der Zement gemäß der Erfindung ergibt nach einer Härtezeit von 28
Tagen eine größere Druckfestigkeit als
1400 kp/cm2, größere Scherfestigkeit
als etwa 105*kp/cm2 und größere Zugfestigkeit als etwa 31,5 kp/cm2. Eine Erhöhung
der Festigkeit kann durch Erhöhung der HäXngstemperaturen erreicht werden.
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Beispielsweise ist eine Druckfestigkeit von etwa 1833 kp/cm2 erreicht
worden durch Verwendung des Zements Ideal Klasse C (Tijeras) mit etwa 1,o % Eindicker
und etwa 24 % Wasser des Zementgewichts. Der entstandene Schlamm wurde unter Druck
bei einer Temperatur von etwa 1440C (2900F) während eines Tages gehärtet. Die gleiche
Probe hatte eine Scherfestigkeit von etwa 154 kp/cm2 und eine Zugfestigkeit von
etwa 112 kp/cm² während derselben Härtungszeit.
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Bei höheren Härtungstemperaturen und längeren Härungszeiten wird die
Festigkeit des Zements erhöht.
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Der Zusatz von Fasern zur Zementmischung erhöht die Festigkeit weiter.
So ergab ein Schlamm aus Maryneal Incor Zement mit 2,0 % Dispergiermittel pro Sack
Zement (42,6 kg) und 10,5 1 Wasser pro Sack eine Druckfestigkeit von etwa 1580 kp/cm2,
eine Scherfestigkeit von etwa 246 kp/cm2 und eine Zugfestigkeit von etwa 68 kp/cm2
nach nur einem Tag Härtungszeit bei etwa. 14400 Unter Druck.
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Die Probe enthielt 5,3 % Metallfasern des Zementgewichts.
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Mit dem erfindungsgemäßen Zement kann nach einer Härtungszeit von
einem Tag im allgemeinen eine Druckfestigkeit von etwa 770 kp/cm2 bis etwa 1820
kp/cm2 erreicht werden, die bei der üblichen Härtungszeit von 28 Tagen bis auf etwa
2100 kp/cm² erhöht werden kann. Zemente mit dem üblichen Gehalt an Tricalziumaluminat
und einem Dispergiermittel sowie mit verringertem Wasser-gehalt ergeben eine maximale
Druckfestigkeit von etwa nur 1050 kp/cm2.
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Die Scherfestigkeit der Zementmischung gemäß der Erfindung beträgt
nach einer Härtungszeit von einem Tag etwa 140 kp/cm² bis etwa 175 kp/cm² und kann
bei der üblichen Härtungszeit von 28 Tagen auf etwa 350 kp/cm2 erhöht werden. Zementmischungen
mit einem Dispersionsmittel und verringertem Wassergehalt, aber mit Zement von mindestens
5 Gewichtsprozent Gehalt an Tricalziumaluminat, entwickeln nach einem Tag Härtun
eine Scherfestigkeit von etwa 105 kp/cm², die nach 28 Tagen Härtung auf nur etwa
140 kp/cm² erhöht werden kann.
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Der erfindungsgemäße Zement ergibt nach nur einem Tag Härtung eine
Zugffestigkeit von etwa 112 kp/cm2, die
nach 28 Tagen bis auf etwa
133 kp/cm2 erhöht werden kann. Zemente mit einem Dispergiermittel und verringertem
Wassergehalt, aber aus einem Tricalziumaluminat enthaltenden Zement erreichen nach
28 Tagen Härtung eine Festigkeit von nur etwa 91 kp/cm².
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Die Erfindung soll im folgenden anhand einiger Beispiele von erfindungsgemäßen
Zementmischungen näher erläutert werden.
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BEISPIEL 1 Ein Versuch wird durchgeführt, um die Druck-, Scher- und
Zugfestigkeit von drei Zementen mit 0 Gewichtsprozent Tricalziumaluminat mit einem
Zement zu vergleichen, der etwa 5 Gewichtsprozent' Tricalziumaluminat enthält. Diese
drei Zemente ohne Tricalziumaluminat sind handelsüblich und unter den Bezeichnungen
Lone Star Special Incor Cement (Maryneal), Southwestern El Toro 35 Cement (Odessa)
und Ideal Class C Cement (Tijeras) bekannt. Der Zement mit 5 Gewichtsprozent Tricalziumaluminat
ist bekannt als "Lone Star Fine Grind Class H Cement ew Orleans)n.
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Aus jedem der vier Zemente wird ein Schlamm mit etwa 24 % Wasser und
einem Dispergiermittel von etwa 1 Gewichtsprozent bereitet. Jeder Schlamm wird in
eine Form gegossen, um Zylinder und Würfel für die Messung der Druckfestigkeit,
Würfel für die Messung der Scherfestigkeit und Stangen in den Abmessungen von 12,7
mm x 25,4 mm x 76 mm (0,5 x 1,0 x 3,0) zum Messen der Zugfestigkeit zu bilden.
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der Einige/Proben werden einen Tag bei Temperaturen von 2700, 1100C
und 1440C gehärtet und einige andere Proben werden 10 Tage lang bei verschiedenen
Temperaturen zwischen 2700, 1440C und 710C gehärtet. Die gehärteten Zylinder und
einige gehärtete Würfel werden in einer hydraulischen Presse zerdrückt, um ihre
Druckfestigkeit zu bestimmen.
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Die übrigen Würfel werden auf parallele Tragstangen gestellt, und
gegen die diesen Stangen gegenüberliegende Seite wird e:'-rXe dritte parallel zu
und zwischen den Tragstangen angeordnete Stange gepreßt, bis die pressende Stange
von dem Würfel eine Scheibe abschert, wodurch die Scherfestigkeit des Würfels bestimmt
wird. Die Zementstangen für die Messung der Biegefestigkeit werden in der Nähe eines
jeden Endes unterstützt und
an einem Punkt gegenüber der die unterstützten
Punkte enthaltenden Seite gedrückt, bis die Stange an der unterstützten Seite bricht,
wodurch die Biegefestigkeit des Zements bestimmt wird.
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Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle I zusammengestellt
und lassen erkennen, daß die Zemente mit 0 % Tricalziumaluminat höhere Druck-, Scher-
und Zugfestigkeiten haben als Zemente mit Tricalziumaluminat.
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Die Versuchsergebnisse zeigen weiter, daß nach einem Tag Härtung Zemente
mit 0 $ Tricalziumaluminat größere Druckfestigkeiten als t820 kp/cm2 gegenüber Druckfestigkeiten
von nur etwa 800 kp/cm² bei dem Tricalziumaluminat enthaltenden Zement ergeben.
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Die Versuchsergebnisse in Tabelle I zeigen weiter, daß die nach 10
Tagen Härtungszeit erreichten Festigkeitswerte für Zemente ohne Tricalziumaluminat
besser sind als für den Zement mit 5 $ Tricalziumaluminat.
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TABELLE 1 Dispergierungsmittel - 1,0 % Wasser - 24,5 % Härtungs-
Härtungs- Druckfestgkeit Scherfestig- Zugfestigzeit temperatur kp/cm keit kp/cm
keit kp/cm² Tage °C Zylinder / Würfel Würfel 12,7 x 25,4 x 67 x67 Lone Star Special
Incor Cement (Maryneal) 1 27a -------- 980 136 37,8 1 110 -------- 1320 140 665
1 144 1825 1350 72 720 10 27-144-71C 1300b 1050b 208 900 Southwestern El Toro 35
Cement (Odessa) 1 27a -------- 920 146 21 1 110 -------- 1190 147 101 1 144 1460
1270 70 87,5 10 27-144-71 1450b 740b 96 94 Ideal Class C Cement (Tijeras) 1 27a
-------- 920 174 94 1 110 -------- 905 126 90 1 144 1830 1260 154 112 10 27-144-71C
1710 1460 119 90 Lone Star fein gemahlener Zement Klasse H (New Orleans) 1 27a ~~~-~~~~
278 70 18,8 1 110 -------- 795 113 72 1 144 800 500 114 84 10 27-144-71C 1050 980
132 88
BEMERKUNG: a) Die Proben wurden bei 270C unter atmosphärischem
Druck und alle anderen Proben unter einem Druck von 3000 PSIG gehärtet.
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b) Sichtbare Risse in den Proben vor dem Versuch.
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c) Temperatur geändert, um die Hydrationswärme einer bestimmten Masse
zu simulieren.
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BEISPIEL II Die Versuche wurden zur Bestimmung der Wirkung des Zusatzes
von Fasern zu einem Zement mit 0 % Tricalziumaluminat und der Wirkung von Änderungen
der Härtungstemperatur durch geführt. Die Fasern werden in Konzentrationen zugesetzt,
die von 0 % bis etwa 10,6 % des Zementgewichts variieren.
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Es Er wurden Stahlfasern in den Abmessungen von 0,05 x 0,05 x 1,55
mm verwendet. Die Härtungstemperatur wurde von 270C bis etwa 7700 geändert. Die
Zahlen in Tabelle IIa zeigen an, daß der Zusatz von Fasern die Scherfestigkeit und
Zugfestigkeit bei höheren Härtungstemperaturen erhöht.
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Die weiteren Zahlen in Tabelle IIb zeigen an, daß die Druck-, Scher-
und Zugfestigkeit weiter erhöht werden kann durch Erhöhung der Menge des verwendeten
Eindickers und Verringerung der verwendeten Wassermenge.
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Die Versuche zum Bestimmen der Druck-, Scher- und Zugfestigkeit sind
in Beispiel I erläutert worden.
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Die Festigkeitswerte der Tabellen IIa und IIb sind das Ergebnis von
kurzen Härtungszeiten bei niedrigen Härtungstemperaturen und sollen nicht repräsentativ
sein für die höchsten erreichbaren Festigkeiten. Vielmehr sollen die Zahlen in Tabellen
IIa und IIb die relative Änderung der Festigkeit zeigen, die durch Veränderung der
Konzentration der Fasern, des Eindickers und des Wassers erreicht werden kann.
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TABELLE IIa Zement - Maryneal Incor Dispergierungsmittel - 1,25 %
Stahlfasern - 0,05 x 0,05 x 1,55 mm Wasser - 3o % Härtungszeit - 1 Tag (3 Tage)
Druckfestigkeit kp/cm² Fasern 27°C 43°C 60°C 77°C O 501 (570) 900 (980) 1015(995)
1000(1015) 0,53 505 (605) 750 (593) 870(1025) 960(1026) 1,06 605 (822) 640 (960)
743(1045) 812(1050) 5,3 636 (815) 800 (832) 920( 904) 864( 962) 10,6 656 (836) 720
(874) 424* ( 976) 572*(1050) Scherfestigkeit k/cm2 0 116 (146) 135 (161) 126( 163)
145( 174) 0,53 126 (153) 154 (193) 135 (125) 141( 106*) 1,06 132 (149) 162 (198)
162( 181) 170( 138*) 5,3 144 (152) 167 (202) 176( 165) 179(117*) 10,6 156 (168)
161 (182) 109*(157) 83*( 88*) Zugfestigkeit kp/cm2 0 17,8 (46,2) 14,7(47,3) 20(
44) 23,4(23,8) 0,53 16,8(38,0) 18,0(53,5) 18,5(52,5) 18,9(28,3) 1,06 31,o(47 ) 21,0(52,5
21,0(43,2) 20,8(32,4) 5,3 33,1(59 ) 21,5(43,0) 18 (43,4). 25,2(46 ) 10,6 13,1(38,6)
23,8(39,4) 19,2(40,5) 24,2(47,6)
TABELLE IIb Zement - Maryneal
Incor Dispergierungsmittel - 2,0 % Stahlfasern - 0,05 x 0,05 x 1,55 mm Wasser -
24 % Härtungszeit - 1 Tag (3 Tage) Fasern Druckfestigkeit kp/cm2 0 0 % 27°C 43°C
60°C 77°C 0 625( 980) 809(1010) 1020(1050) 658(1042)* 0,53 846(1042) 980(1040) 1021(1050)
865( 902)* 1,06 775(1050) 990(1050) 956(1030) 418( 989)* Scherfestigkeit kp/cm2
0 137( 168) 156( 194) 179( 185) 158( 155)* 0,53 171( 168) 173( 172) 176( 139) 151(
120)* 1,06 143( 172) 205( 208) 185( -181) 121( 184)* Zugfestigkeit kp/cmZ 0 36,6(
64) 36( 17) 31,8( 45) 24,3(11,2) 0,53 34,1( 54) 22,8(22,7) 15,8( 57) 28,6( 17) 1,06
28,5( 38) 19,8( 22) 18,9( 32) 28,1(18,5) * - Sichtbare Risse in den Proben vor dem
Versuch.
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BEMERKUNG: Die Werte in Klammern beziehen sich auf eine Härtungszeit
von drei Tagen. Alle anderen Werte für einen Tag.
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BEISPIEL III Die Versuche wurden durchgeführt, um die-Wirkung einer
Änderung des Verhältnisses Wasser/Dispergiermittel und die Wirkung einer Änderung
der Faserkonzentration auf die Druck-, Scher- und Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen
Zementmischungen zu bestimmen. Die Wasserkonzentration wurde geändert von etwa 30
%0 bis etwa 24 $ des Zementgewichts. Die Konzentration des Dispergiermittels wurde
geändert von etwa 1,25 bis etwa'2,0 Gewichtsprozent des Zements. Die Faserkonzentration
wurde von etwa 5,3 % bis 0 <0 des Zementgewichts variiert.
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Die Versuche zur Bestimmung der Druck-, Scher- und Zugfestigkeit sind
in Beispiel I beschrieben.
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Die Tabelle III zeigt, daß die Druck-, Scher- und Zugfestigkeiten
durch Zusatz von Fasern zum Zementschlamm und durch Verringerung der verwendeten
Wassermenge und Vergrößerung des verwendeten Dispergiermittels erhöht werden können.
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TABELLE III Zement - Maryneal Incor Stahlfasern - 0,05 x 0,05 x 1,55
-Härtungstemperatur - 1 440c Härtungsdruck - 3000 PSIG = @lO kg/cm² Härtungszeit
- 1 Tag (3 Tage) Wasserkonzentration 30 % 27 % 24 % Dispergiermittel 1,25 % 1,5
% 2,0 % Fasern % Druckfestigkeit kp/cm2 0 1050( 950) 1050(1036) 1188(1130) 5,3 1250(1261)
1270(1450) 1552(1365) Scherfestigkeit kp/cm2 0 178( 174) 241( 210) 200( 131) 5,3
204( 206) 209( 362) 247( (340) Zugfestigkeit kpicm2 0 45( 61) 34( 63) 33( 58) 5,3
62( 76) 59( 63) 68( 91) BEMERKUNG: Die Werte in Klammern beziehen sich auf eine
Härtungszeit von drei Tagen, alle anderen Werte für einen Tag.
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BEISPIEL IV Verschiedene Proben der Zementmischung mit Stahlfasern
wurden geprüft, um die Druck-, Scher- und Zugfestigkeit während einer Härtungszeit
zu bestimmen, die von 10 bis 30 Tagen dauerte. Die im Beispiel I beschriebenen Prüfmethoden
wurden verwendet.
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Die Versuchsergebnisse in Tabelle IV zeigen an, daß die ermittelten
Festigkeiten der untersuchten Zement mischungen mit der Härtezeit zunehmen. Außerdem
ist es ersichtlich, daß überraschend hohe Druck-, Scher-und Zugfestigkeiten nach
nur 10 Tagen Härtungszeit erreicht wurden.
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TABELLE IV Zement - Maryneal Incor Dispergiermittel - 2,0 -Stahlfasern
- 5,3 % (0,05 x 0,05 x 1,55 mm) Wasser - 24 % Härtungstemperatur - Abwechselnd zwischen
270C und 144°C und dann zurück auf 710C in 24 Stunden. Für die restliche Zeit Temperatur
auf 710C gehalten.
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Härtungsdruck - 3000 PSIG = 210 kp/cm2 Physikalische Eigenschaften
Härtezeit Druckfestigkeit Scherfesti- Zugfefltigkeit Tage kp/cm² keit kp/cm kp/cm
Zylinder / Würfel Würfel 10 1520 1230 289 93 20 1920 1490 314 125 30 ----- 1652
340 129
BEISPIEL V Zwei Schlämme A und 13 werden wie folgt bereitet:
Schlamm A: Zement ohne Tricalziumaluminat wird mit Wasser unter Zusatz eines Dispergiermittels
bei einem Verhältnis von Zement zu Wasser von 0,26 gemischt. Das Dispergiermittel
wird in einer onzentration von 1,5 Gewichtsprozent zusammen mit 20 Gewichtsprozent
gemahlenem Siliziumoxyd und 0,532 Gewichtsprozent synthetischen Fasern bezogen auf
das Gesamtgewicht des trockenen Zements zugegeben.
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Schlamm B: Zement ohne Tricalziumaluminat und Wasser wurde unter Zusatz
eines Dispergiermittels bei einem Zement-Wasser-Verhältnis von 0,26 gemischt. Das
Dispergiermittel wird in einer Konzentration von etwa 1,25 Gewichtsprozent zusammen
mit 0,135 kg synthetischen Fasern auf 2,3 dm3 (1/4 Pfund auf 1 Kubikfuß) zugesetzt.
Der Eichung wird Sand in der Größe 40-60 in einer Eonzentration von etwa 30 Gewichtsprozent
zugesetzt.
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Die Schlämme werden nach dem Abbinden während drei Tagen gehärtet,
worauf ihre Druckfestigkeit geprüft wird. Schlamm A hat eine Druckfestigkeit von
etwa 1085 kp/cm2 und Schlamm B von etwa 1078 kp/cm2.
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Längere Härtungszeiten ergeben eine etwas höhere Druckfestigkeit von
Schlämmen, die etwa 30 Gewichtsprozent Sand enthalten.
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Diese Versuche zeigen, daß der Zusatz von Sand zu den Zementschlämmen
gemäß der Erfindung wenig Wirkung auf die Druckfestigkeit hat.
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- Patentansprüche -