DE2625067C3

DE2625067C3 - Verfullmasse auf Zementbasis mit hohen Wasser-Bindemittelwerten

Info

Publication number: DE2625067C3
Application number: DE19762625067
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl.-Chem. 4735 Enniger Tennstedt
Original assignee: Anneliese Zementwerke AG
Current assignee: Anneliese Zementwerke AG
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1976-06-04
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2625067B2; DE2625067A1

Description

10 bis 2 Gewichtsprozent

2 bis 1 Gewichtsprozent 2 Gewichtsprozent

5. Verfüllmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der entsäuerte Mergel folgende Zusammensetzung der wesentlichen Bestandteile aufweist:

FreierKalk (CaO)

aktivierter Ton

aktive Kieselsäure

Klinkermineralien

Fe?O₃

MgO

Restcarbonatgehalt

(CaCO₃)

Alkalisulfat

Rest

52 Gewichtsprozent 16 Gewichtsprozent 16 Gewichtsprozent

4 Gewichtsprozent 2 Gewichtsprozent

1 Gewichtsprozent

5 Gewichtsprozent

2 Gewichtsprozent 2 Gewichtsprozent

Für das Verfüllen von unterirdischen Hohlräumen, insbesondere in bergmännischen Grubenbauten, werden Verfüllmassen gebraucht, die als dünnflüssige wäßrige Suspension in die Hohlräume gepumpt werden können und trotz ihres geringen Feststoff- bzw. Bindemittelanteils nach dem Erhärten ein Kunstgestein mit guten Festigkeiten ergeben. Bekannte Vcrfüllmassen genügen den Anforderungen nur unzureichend, weil sich ihre wäßrigen Suspensionen absetzen, nicht genügend geschmeidig sind oder wegen zu früher Versteifung oder eines zu hohen Materialanteils nicht

5 oder nicht lange genug pumpfähig bleiben. In anderen Fällen ist der zur Erzielung der notwendigen Festigkeitseigenschaften erforderliche Material-, insbesondere Bindemittelbedarf zu hoch. Hinzu kommt, daß die Verfüllmasse möglichst dünnflüssig bleiben soll, bis sie

ίο sich im Hohlraum befindet, dort aber rasch erhärten und ein Kunstgestein mit ausreichenden Endfestigkeiten ergeben soll.

Es wurde nun gefunden, daß eine Verfüllmasse, die als mineralischen Bestandteil mit Bindemitteleigenschaften

!5 vorwiegend entsäuerten Mergel enthält, diesen Anforderungen voll gerecht wird, weil sie hohe Wüsserbindemittelwerte und gute Endfestigkeiten in sich vereint

Die erfindungsgemäße Verfüllmasse auf Zementbasis mit hohen Wasser-Bindemittelwerten ist dadurch gekennzeichnet, daß sie

50-85, vorzugsweise 60-80 Gew.-°/o

entsäuerten Mergel,

46—14, vorzugsweise 37—19 Gew.-%

Portland-Zementklinker und

4 — 1, vorzugsweise 3—1 Gew.-%

Gipsdihydrat oder Anhydrit (gerechnet als CaSO,t)

enthält.

Werden Mergel, d. h. tonige Kalksteine unterhalb der Sintergrenze, d.h. höchstens bei 1000 bis 1200⁰C gebrannt, so entstehen hydraulische Bindemittel, die je nach ihrem Ton- bzw. Kaikgehalt und dem Anteil an anderen Verunreinigungen, insbesondere Magnesiumoxyd, Eisenoxyden und Alkalien bezüglich Verarbeitbarkeit und Erhärtung sehr unterschiedliche Eigenschaften haben. Mergel mit weniger als 75 Gew.-% Calciumcarbonat liefern beim Brennen unterhalb der Sinterung die sogenannten Romankalke, deren Scherben beim Benetzen mit Wasser nicht mehr ablöschen, sondern nur im Laufe der Zeit langsam zerfallen. Kalkreiche Mergel mit mehr als 75 Gew.-% Calciumcarbonat liefern beim Brennen die sogenannte hydraulischen Kalke, die beim Benetzen mit Wasser ablöschen. Unter den Begriff Mergel fallen im Rahmen der Erfindung alle Rohstoffe, die in ihrer Zusammensetzung zwischen Kalkstein und Ton liegen und sich insbesondere auch zur Herstellung von Zement oder Kalk eignen. Als Ausgangsmaterial zur Herstellung des entsäuerten Mergels sind besonders Mergel mit einem Carbonatgebalt von 55-85 Gew.-% CaCO₃ geeignet, die nach der heute üblichen Bezeichnung für tonhaltige Kalksteine (siehe Kalk-Taschenbuch 1968, S. 36) »Kalkiger Mergel« bzw. »Kalksteinmergel« heißen und die 10—15 Gew.-% Ton enthalten.

Diese Mergel werden bei Temperaturen von etwa 1000-1IOO°C entsäuert. Der Brand wird so geführt, daß die Entsäuerung zwar möglichst vollständig ist, daß sich aber praktisch keine Zementklinkerminerale bilden. Bei einem Restcarbonatgehalt von beispielsweise I

w) Gew.-°/o (gerechnet als CaCOj) gelingt es, den Gehalt an Klinkermineralien, insbesondere C)A, C4AF und C₂S, unter 5 Gew.-% zu halten. Bei einem derart schonend durchgeführten Brand bildet sich ein sehr reaktionsfähiges CaO, der Ton scheint seine vorteilhaften

bi Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Wasseraufnahme, weitgehend beizubehalten und andere SiOrKoiiipoiienteii liegen in sehr aktiver hochdisperser Form vor.

Der erfindungsgemäß zu verwendende entsäuerte Mergel läßt sich besonders einfach nach dem sogenannten LEPOL®-Verfahren (siehe Keil, Zement, Abschnitt 5.Z2) herstellen, bei dem der Mergel zu Rohmehl einer Feinheit von etwa 6000-7000 Blaine vermählen wird, und aus diesem Mergelrohmehl auf einer Granuliertrommel Granalien von 6-20 mm Durchmesser geformt werden. Diese Granalien werden auf einem Wanderrost mit den Abgasen des Drehofens vorgetrocknet und dann in dem Drehofen entsäuert Weil die Granalien aus Mergelrohmehl hergestellt sind, ist ihre Zusammensetzung sehr gleichmäßig, und auf dem Wanderrost und dem Drehofen lassen sich gut nacharbeitbare Verfahrensbedingungen einstellen. Damit gelingt es, den Brand so zu führen, daß der entsäuerte Mergel einen Restcarbonatgehalt von 2-10 Gew.-°/o, vorzugsweise 5 Gew.-% (gerechnet als CaCC>3) und einen Gehalt an Klinkermineralien unter 3, vorzugsweise unter 2 Gew.-°/o hat.

Wegen des unregelmäßigen Temperaturverlaufs im Schachtofen zwischen 1000 und 1400⁰C hat der im Schachtofen aus klassiertem oder unklassiertem Mergel zusammen mit Koks gebrannte hydraulische Kalk oder Romankalk als Brenngut eine sehr unterschiedliche Zusammensetzung, die sich nach dem Mahlen durch hohen Glühverlust und hohen Restcarbonatgehalt bei zugleich wesentlich höherem Anteil an Klinkermineralien zeigt Dementsprechend ist ein nennenswerter Anteil des Tons totgebrannt. Insgesamt haben die bekannten hydraulischen Kalke und Romankalke nicht die vorteilhaften Eigenschaften, die Hen erfindungsgemäß entsäuerten Mergel auszeichnen und als Hauptbestandteil der beanspruchten Spezialverfüllmasse besonders geeignet machen.

Geeignete und besonders bevorzugte Zusammensetzungen des »entsäuerten Mergels« sind aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich:

Geeignete
Zusammensetzung
(Gew.-%)

Vorzugsweise Zusammensetzung
(Gew.-°/o)

Freier Kalk (CaO)	38-68	52
Aktivierter Ton	19-10	16
Aktive Kieselsäure	18-12	16
Klinkermineralien	8- 2	4
Fe₂O₃	2	2
MgO	1	1
Restcarbonatgehalt	10- 2	5
(CaCO₃)
Alkalisulfat	2- 1	2
Rest	2	2

Als Portland-Zement für die erfindungsgemäße Verfüllmasse eignen sich Zemente, wie sie in der deutschen DIN-Norm 1164 definiert sind, der die britischen Normen BS 12:1958, 1370:1958 und 146 :1958 oder die amerikanischen Normen ASTM C 150-60, C 175-60, C 205-56 T und C 340-55 T entsprechen. Außer den Zementen nach DIN 1164 wie Portlandzement, Eisenportlandzement, Hochofenzement oder Trasszement sind auch andere Zemente wie Ölschieferzement, Flugaschezement oder Tonerdezement geeignet.

Die gebrannten Granalien des entsäuerten Mergels können mit dem Portland-Zementklinker und/oder dem Gips bzw. Anhydrit vermählen werden. Je nachdem wie die Bestandteile der Verfüllmasse zur Verfügung stehen, können sie aber auch in feingemahlenem Zustand miteinander vermischt werden. Man erhält so ein sehr feines, leicht gelbliches grauweißes Pulver von 6800 bis 7500 Blaine, das noch mit mehr als der doppelten Gewichtsmenge Wasser abbindet Dementsprechend beträgt das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Zement, d. h. der Wasserbindemittelwert der erfindungsgemäßen Spezialverfüllmasse 13-2,3 vorzugsweise 1,95. Mit

ίο der Wassermenge, die sie binden kann, ergibt diese Bindemittelmischung zunächst eine dünnflüssige wäßrige Suspension. Das Wasser löscht zunächst das freie Calciumoxyd ab, dient dann als Transportmittel auch über längere Strecken und wird von dem feinverteilten S1O2, dem Kalkhydrat und anderen Bestandteilen der Verfüllmasse unter Versteifung gebunden. Der Wasserzusatz beträgt das drei- bis vierfache dessen, was bisher bei Verfüllmassen als möglich angesehen wurde. Trotz dieses hohen Wasseranteils erhärtet der Brei auf Grund seines Gehalts an Klinkermineralien, die vorwiegend aus dem Zement stammen, schließlich auch hydraulisch zu einem Kunstgestein mit sehr guten Festigkeitswerten.
Wie sich die einzelnen Bestandteile der Verfüllmasse gegenseitig beeinflussen, ist angesichts der Vielzahl der in dem entsäuertem Mergel enthaltenen Substanzen nicht im einzelnen bekannt. Auch der Gips wirkt offenbar nicht nur als Abbindeverzögerer für den Portland-Zement, sondern dürfte auch, wie an sich bekannt, dem gebrannten Dolomit hydraulisches Erhärtungsvermögen verleihen.

Die erfindungsgemäße Verfüllmasse kann je nach dem gewünschten Verwendungszweck noch durch Zusatz weiterer Stoffe, wie z. B. Hochofenschlacke, staubförmige oder granulierte Flugasche, Ton, Mergel oder Kalksteinkomponenten in Mengen bis zu 30 Gew.-% gestreckt werden.

Die einfache und wirtschaftliche Verfüllung (nur ca. 450 kg Feststoff für 1 m³) ist besonders bemerkens-

wert. Über Schlauchleitungen oder mit Spezialfahrzeugen lassen sich auf diese Weise auch in Innenstädten mit viel Verkehr platzsparend und nicht verkehrsbehindernd Verfüllungen unterirdischer Hohlräume leicht und kostensparend durchführen.

Bei dieser äußerst einfachen Verfahrenstechnik werden für Verfüllung aller Art vollkommen ausreichende Festigkeiten erzielt.

Beispiel

30 kg der auf eine Feinheit von 7088 Blaine vermahlenen Verfüllmasse aus 72,5 Gew.-% entsäuertem Mergel mit einem Restcarbonatgehalt von 4,6 Gew.-% CaCO₃ und einem Klinkeranteil von 2 Gew.-%, 25,5 Gew.-% Portlandzement der Güteklasse Z 350 und 2 Gew.-% Gips (gerechnet als CaSO₄) wurden mit 58,5 I Wasser zu einer Suspension mit einem Wasserbindemittelwert von 1,95 vermischt. Über eine 150 m lange

bo Rohrleitung wurde mittels eines Trichters an der Einschüttstelle ein vorher mit 63,5 1 genau ausgemessener Plastikbehälter gefüllt. Das Litergewicht der Suspension betrug 1312 g. Umgerechnet auf einen Kubikmeter Hohlraum kommen damit 444 kg der

b> Verfüllmasse und 868 kg Wasser. Von der gleichen Suspension wurden an Normenprismen die Biegezug- und Druckfestigkeiten ermittelt. Dabei wurden folgende Werte erreicht:

	26 25 067	Druckfestigkeit (kp/cm³)
Prüftermin (Tage)	Biegezugsfestigkeit (kp/cm³) bei Feuchtlagerung	5 iO 23
14 28 90	4 6 10

Claims

Patentansprüche:

1. Verfüllmasse auf Zementbasis mit hohen Wasser-Bindemittelwerten, dadurch gekennzeichnet, daß sie

50 bis 85 Gewichtsprozent entsäuerten Mergel, 46 bis 14 Gewichtsprozent Portland-Zementkiinker

und
4 bis 1 Gewichtsprozent Gipsdihydrat oder

Anhydrit

enthält.

2. Verfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie

60 bis 80 Gewichtsprozent entsäuerten Mergel, 37 bis 19 Gewichtsprozent Portland-Zementkiinker

und
3 bis 1 Gewichtsprozent Gipsdihydrat oder

Anhydrit

enthält.

3. Verfüllmasse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der entsäuerte Mergel einen Restcarbonatgehalt von 2 bis 10, vorzugsweise 5% und einen Gehalt an Klinkermineralien unter 5%, vorzugsweise unter 3% hat.

4. Verfüllmasse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der entsäuerte Mergel folgende Zusammensetzung der wesentlichen Bestandteile aufweist:

FreierKalk (CaO)

aktivierter Ton

aktive Kieselsäure

Klinkermineralien

Fe₂O₃

MgO

Restcarbonatgehalt

(CaCO₃)

Alkalisulfat

Rest

38 bis 68 Gewichtsprozent

19 bis 10 Gewichtsprozent

18 bis 12 Gewichtsprozent

8 bis 2 Gewichtsprozent

2 Gewichtsprozent

1 Gewichtsprozent