DE2616764A1

DE2616764A1 - Verfahren zur herstellung von produkten, die hydraulische bindemittel enthalten

Info

Publication number: DE2616764A1
Application number: DE19762616764
Authority: DE
Inventors: Birger Prof Warris; Bengt Thorbjoern Di Wennerberg
Original assignee: Cementa AB
Current assignee: Cementa AB
Priority date: 1975-04-16
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1976-10-28
Also published as: NL7604056A; DK172876A; FI761014A; FR2307627A1; NO761314L; SE7504404L; GB1505626A; BE840799A; LU74770A1; IT1059098B

Description

27 957 n/wa

2816764

CEMERTÄ AB, MÄLI4Ö / SCHWEDEN

Verfahren zur Herstellung von Produkten, die hydraulische Bindemittel enthalten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der Hochdruckverformung zur Herstellung von Produkten, die hydraulische Bindemittel enthalten, primär von Zement, deren bzw. dessen Festigkeit diejenige beträchtlich übertrifft, die bisher möglich war.

609844/04 06 ~ ² ~

Hydraulische Bindemittel werden durch mehr oder weniger kräftige Erhitzung des Ausgangsmaterials hergestellt, V7onach die Härtung durch Absorption von Wasser erfolgt. Bei der Herstellung von Portlandzement beispielsweise, wird das Materialgemisch auf eine Temperatur im Bereich von 1400 C erhitzt und nach beendigtem Brennvorgang sehr rasch abgekühlt, so dass die wertvollen hydraulischen reaktiven Reaktionsprodukte "eingefroren" werden.

Die durch diese Produktionsmethodik erzeugten Mineralstoffe besitzen einen sehr hohen Energiegehalt, welcher bei Vermischung des Portlandzements mit Wasser zum Teil freigegeben wird. Die Reaktion mit Wasser führt zu der Bildung von Hydraten mit niedrigeren Energiegehalt und der Energieüberschuss,, der sodann in Freiheit gesetzt wird, führt zu einer mehr oder weniger kräftigen Wärmeerzeugung in dem. Körper.

Bei der herkömmlichen Betonverformung ist es erforderlich, dass die Betonmasse eine mehr oder weniger plastische Konsistenz aufweist, wobei dies zumindest 30 bis 40 % Wasser, bezogen auf das Gewicht des Zementes, erfordert. In einigen Fällen wird ein höheres Wasser/Zement-Verhältnis erfordert, sofern eine verformbare Masse erhalten werden soll. Die vollständige Hydratisierung von Portlandzement beispielsweise verbraucht etwa 40 % Wasser, bezogen auf das Gewicht des Zementes. Dies entspricht einem Wasser/Zement-Verhältnis, W/C-V, von O,40.

Bei Zugabe des gesamten erforderlichen Wassers zur Zeit des Mischvorgangs, führt die Reaktion zwischen den Zementmineralstoffen und Wasser zu einem scharfen Temperaturanstieg

609844/0406

in der Betonmasse. Es ist hauptsächlich die Reaktion des Kalziumaluminates mit dem zugefügten Gips, welche während' der ersten Phase der Hydratisierung der Zementmixieralstof fe zu dieser Hitzeerzeugung beiträgt. Hiernach trägt auch die Reaktion zwischen Wasser und anderen Klinkermaterialien zu dem Temperaturanstieg bei, dem der Körper unterworfen ist. Die Temperaturzunähme führt zu einer Abnahme der Festigkeit des Körpers, da in dem Inneren des Körpers Zugspannungen als Ergebnis der thermischen Schv/indung auftreten, die von der Temperaturabsinkung des Körpers herrühren. Diese Zugspannungen können zu Mikrorissen führen, die zusammen mit verbleibenden Spannungen die Festigkeit des Körpers vermindern.

Selbst in den Fällen, in denen das Wasser/Zement-Verhältnis 0,40 übersteigt, ergibt sich eine Verringerung der Festigkeit. Wenn das Wasser/Zement-Verhältnis zu hoch ist, bewirkt das im überschuss hinzugefügte Wasser eine Porenbildung in dem Zementgel, die zu einem Festigkeitsverlust führt.

Es ist allgemein bekannt, dass das Zement/Wasser-Verhältnis so niedrig als möglich gehalten werden sollte. Nach einem Verfahren zur Herstellung von Betonplatten, wird beispielsweise das Wasser/Zement-Verhältnis auf ** 0,20 durch Absenken der Temperatur des Bindemittels auf unterhalb den Gefrierpunkt von Wasser vermindert und hiernach der Zement mit pulverisiertem Eis vermischt. Der Formvorgang wird sodann durch Verformung in einer erhitzten Presse durchgeführt, wobei das Eis durch Einwirkung von Wärme und Druck schmilzt. Eine Formpresse von etwa 20 bar wird in diesem Verfahren angewandt.

609844/0406

-A-

Der Einfluss des Porenvolumens auf die Festigkeit der Zementpas te, d.h. ein Gemisch von Wasser und Zement,, hat die Forscher schon lange Zeit beschäftigt. Bereits 1937 wurden sogenannte "Kompaktstoffe" durch Verformung von Zementpaste bei einem Versuch sur Verringerung der Zementporen in dem Zementgel erzeugt. Ein Druck von etwa 2,5 kbar wurde angewandt, wobei eine Druckfestigkeit von 180 MPa (L'Hermite & Valex-a) erreicht wurde. 197O wurde eine Untersuchung der Cement and Concrete Association veröffentlicht, in der CD. Lawrence gewisse Eigenschaften von Kompaktstoffen aus Zementpaste untersuchte. Lawrence erzeugte Zementkörper ohne Viasserzufügung. Nach Verformung wurden die Körper mit Wasser durch deren Lagerung in Wasser . bis zum Versuch reagieren gelassen.

Hiernach haben A. Bajza und D.M. Roy, G.R. Gouda und A. Bobrows.ky die Eigenschaften von Kompaktstoffen untersucht, die durch Verformung von Zementpaste bei Drucken bis zu '^V8 kbar erzeugt worden waren.

Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass ein vollständig porenfreies Zeipentgel eine Druckfestigkeit von etwa 500 bis 7OO MPa aufweist. Im Vergleich hierzu sollte im Auge behalten werden, dass bei Standardversuchen Zement eine Druckfestigkeit von. 50 bis 60 MPa aufweist.

Die Erfindung baut auf der allgemein bekannten Bedingung auf, dass das Wasser/Zement-Verhältnis in einem Beton so niedrig, wie dies in praktischer"Weise möglich ist, bei der Verformung gehalten werden sollte. Auch bildet die an sich bekannte Methodik der Bildung von Körpern aus Zementpaste durch Hochdruckverformung eine Grundlage der Erfindung.

- 5 609844/0406

Es sind Versuche unternommen worden, dünne Platten aus Beton, die unter Druck geformt worden waren, zu verstärken. Beton weist an sich eine relativ schlechte Zug- und Aufprallfestigkeit auf. Eine Methodik zur Erhöhung dieser Festigkeit besteht in der Verstärkung des Betonkörpers durch
Fasern, z.B. Stahlfasern. Unglücklicherweise wurde jedoch festgestellt, dass bei der Verformung Beschädigungen erfolgten. So ist beispielsweise die Verformung von Platten auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Fasern versuchen, ihre ursprüngliche Form beim Machlassen des Druckes wieder anzunehmen und darauf _c dass die Zementpaste lediglich Kohäsionskräfte aufweist, die zu gering waren,- um dieser Rückstellung entgegen zu wirken. Aus diesem Grund hat es keine erfolgreiche Erzeugung von faserverstärkten Produkten durch Verformung gegeben.

Es ist jedoch festgestellt worden, dass die Herstellung
faserverstärkter Platten, die bei Nachlassen des Druckes
nicht beschädigt werden, bei niedrigen Wasser/Zement-Verhältnissen durch eine Kombination von hohem Druck und Prehydratisierung möglich ist. In der vorliegenden Anmeldung steht die Vorhydratisierung mit einem Verfahren in Verbindung, in dem die Zementmineralien in gewissem Ausmass mit dem
zwischengemischten Wasser reagieren gelassea werden, bevor die Verformung der Produkte begonnen wird.

Bei der Herstellung, der erfindungsgemässen Produkte werden Wasser und Zement mit einem Wasser/Zement-Verhältnis, das G_f15_f vorzugsweise O,TO,nicht übersteigt, vermischt. Das
Zement/Wasser-Gemisch wird gemischt, bis das zugefügte
Wasser in der nahezu trockenen Masse verteilt worden ist. Die Pre- bzw. Vorhydratisierung kann bei Raumtemperatur

9844/0406

während eines Zeitraums von bis zu 48 Stunden erfolgen, kann jedoch auch durch Zugabe von Beschleunigern beschleunigt werden, wie beispielsweise Natriumcarbonat, oder auch durch Zuführung von Hitze. In dem Fall der Wärmezuführung wird die Temperatur auf weniger als 100⁰C, vorzugsweise bei 40 bis 7O°C gehalten.

Nach der beendigten Prehydratisierung wird die Formmasse vermischt, werm erst das Zement/Wasser-Gemisch zur Entfernung jeglicher Klumpen gesiebt worden ist, die das verformte Endprodukt Schaden nehmen lassen könnten. Die Formmasse wird sodann in die Form gegossen und ein Druck von bis zu 10 kbar, \*orzugsweise 3 bis 5 kbar angewandt. Die Verformung erfolgt in Übereinstimmung mit einer Druckkurve mit einer Druckzunahme bis zu dem Arbeitsdruck während 30 bis 240 Sekunden? der Arbeitsdruck wird sodann für einen Zeitraum bis zu 9OQ Sekunden, vorzugsweise bis zu 300 Sekunden, konstant gehalten, wonach der Druck auf Atmosphärendruck während eines Zeitraums bis zu 240 Sekunden abgesenkt wird. Bei der Herstellung gewisser Produkte ist es als vorteilhaft festgestellt worden, Druck während eines Zeitraums von 3O bis 24O Sekunden anzuwenden und sodann den Druck unverzüglich nach Erreichung des Maximaldruckes während eines Zeitraums von bis zu 240 Sekunden zu verringern.

Nach der Verformung werden die Produkte in einem feuchten Lagerraum, der eine relative Feuchtigkeit von 90 bis 100 % aufweist, gelagert oder im Fall kleinerer Teile, in Wasser eingetaucht.

Gemäss der Erfindung können herkömmliche Konstruktionsteile hergestellt werden, wenngleich auch die Erzeugung komplizierterer

- 7 609844/0406

Objekte möglich ist.

Die Verformung der Produkte kann in herkömmlicher Weise durch uniaxiale Anwendung des- Formdruckes durchgeführt werden, wenngleich es ebenfalls möglich ist, isostatische Pressen innerhalb des Rahmens der Erfindung anzuwenden.

Bei der Herstellung von Platten oder Paneelen, können diese mit Metall, verstärkten oder nicht verstärkten Kunststofffolien, Furnierholz etc. beschichtet werden.

Die Erfindung wird nachstehend durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

Es wurden zylindrische Proben aus reinem Zement mit einem Wasser/Zement-Verhältnis von 0,10 und 0,15 hergestellt. Ca(N0_)₂, das in einer Menge von 5 % des Gewichtes des Zementes hinzugefügt wurde, wurde zur Verkürzung des Abbindezeitraums angewandt. Die gleiche Zeit, 120 Sekunden, wurde für die Druckzunahme und -abnähme angewandt und der Maximaldruck, 5 kbar, wurde während 300 Sekunden beibehalten. Nach der Druckverformung wurden die Proben während 7 Tagen in Wasser gelagert, wonach sie geprüft wurden. Es wurden folgende Ergebnisse als Funktion des Wasser/Zement-Verhaltnisses erhalten:

6098447 0406

Wasser/Zeinent-Verhältnis Druckfestigkeit MPa

0,10 316

0,15 250

Es wurden auch Versuche mit extra fein gemahlenem Zement und einem Wasser/Zement-Verhältnis von 0,10 durchgeführt, Die Druckfestigkeit betrug 346 MPa.

Beispiel 2

Zylindrische Proben wurden aus reinem Zement mit einem Wasser/Zement-Verhältnis von 0,10 und mit Na„C0 als Bindezeitbeschleuniger hergestellt. Es wurde die gleiche Druckkurve wie in Beispiel 1 verwendet, der Maximaldruck jedoch variiert. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Pressdruck kbar Druckfestigkeit MPa

1 190

1 195

1 185

3 . 246

3 270

3 240

5 301

5 300

5 316

- 9 609844/0406

Beispiel 3

Ein Zement/Wasser-Gemisch mit einem Wasser/Zement-Verhältnis von 0,07 wurde während 5, 16 und 24 Stunden vorhydratisiert. Das Gemisch, das ein trockenes Pulver zu sein schien, wurde
unverzüglich vor der Formverpressung zu zylindrischen Körpern gesiebt. Es wurde die gleiche Zeit für die Druckzunahine und die Druckabnahme wie in Beispiel 1 herangezogen, wobei
jedoch der Maximaldruck wie auch die Zeit des Maximaldruckes und die Hydratisierungszeit variiert wurden. Die nachstehende Tabelle zeigt die Ergebnisse und die Variablen.

Hydratisierungszeit Stunden

16 24

Druck kbar	Maximcil- zeit Sek.	Druckfestigkei MPa
1	60	150
1	60	165
1	60	160
5	60	230
5	60	250
5	60	245
1	300	170
1	300	170
1 .	300	175
5	300	250
5	300	255
5	300	250

- 10 -

60984 4/0406

Beispiel 4

Eine Probe mit einem Wasser/2eraent~'Verhältnis von 0,10 wurde nach Erhitzung auf 50⁰C bei einem Druck von 5 kbar während 300 Sekunden druckverformt. Nach 7 Tagen Wasserlagerung wies die Probe eine Druckfestigkeit von 190 MPa auf.

Beispiel 5

Ein Zementgemisch rait einem Wasser/Zement-Verhältnis von 0,10 wurde mit einem Maximaldruck von 5 kbar während Sekunden pressverformt. Die Proben wurden in Wasser gelagert und Druckversuche nach 1, 7, 2 8 und 91 Tagen durchgeführt. Es ergaben sich folgende Ergebnisse?

Nach Tagen Druckfestigkeit MPa

1 255

7 280

28 300

91 330

Die zylindrischen Proben, die in obigen Versuchen herangezogen worden waren_f besassen einen Durchmesser von 40 mm und eine Höhe von 40 mm.

Es wurden auch Versuche mit Platten durchgeführt.

- 11 -

6 0 9844/0406

Beispiel 6

Verstärkte und nicht verstärkte Platten mit den Massen 25 χ 40 cm wurden aus vorhydratisiertern Zement gepresst. Das verwendete Zementgemisch besciss ein Wasser/Zenient-Verhältnis von 0,10. Die Biegezugfestigkeit und die Aufprallfestigkeit wurden bei den. nicht verstärkten und bei den verstärkten Platten geprüft. Die Biegefestigkeit der nicht verstärkten Platten betrug 27/8 und der entsprechende Viert für die verstärkten 28,9 MPa. Die Aufprallfestigkeit für nicht ver-

2
stärkte Platten betrug 1,90 KNm/m , während die verstärkten Platten eine Aufprallfestigkeit von 15,90 KNm/m" aufwiesen.

Gemäss der Erfindung wurden Produkte erhalten, die eine etwa 10 mal so hohe Druckfestigkeit wie die auf herkömmliche Weise hergestellten Betons auf weisen., und auch die Aufprallfestigkeit ist etwa 14-fach höher als die von nicht verstärktem Beton.

Durch Beschichtung einer oder mehrerer Oberflächen mit Metall, Platten, Furnierholz, Kunststoff oder anderem Material bei der Produktion,können Platten erhalten werden, die sowohl '" innen . als auch aussen ohne zusätzliche Behandlung verwendet werden können.

Zur Erhöhung der Biegefestigkeit können die Produkte in der Produktion durch Maschenverstärkungen verstärkt werden, die auf die Grosse des Teiles zugeschnitten sind.

60 9 8U/CU 0 6

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. {Verfahren zur Herstellung von Produkten, die hydrau-,/lische Bindemittel enthalten, durch Druckverformung, gekenn zeichnet durch eine Vorhyäratisierung des Bindendttels während eines Zeitraiims bis zu 48 Stunden und eine nachfolgende Druckverformung unter einem hohen Druck von 0,5 bis 10 kbar, verzugsweise 3 bis 5 kbar, wobei die Druckverformung nach einer Kurve durchgeführt, wird, derart, daß der Formdruck während eines Zeitraums von 30 bis 240 Sekunden angewandt wird, während eines Zeitraums bis zu 900 Sekunden konstant gehalten und sodann während eines Zeitraums bis zu 240 Sekunden wieder nachgelassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Produkte mit Fasern, vorzugsweise Stahlfasern, verstärkt oder mit Mas eher, verstärkungen versehen werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorhydratisierung durch Additive und/oder Zuführung von Hitze beschleunigt wird. ,'

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine oder mehrere Seiten des Produktes bei der Produktion mit Metall, z.B. Metallblech oder Stahlfolien, etc., Kunststoffmaterial oder Zeiluloseiriaterial beschichtet wird bzw. v/erden.

609844/0406