DE2726120C2 - Verfahren zur Herstellung von Zement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Zement

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Zement.
Es sind Zemente bekannt, die hochbasisches Calciumsilikat (Aiit), Calciumorthosilikat (Belit), Calciumchloraluminat und Calciumalumoferrit enthalten. Neben den genannten Komponenten kann der Zement Zusätze wie Sulfate, Nitrate und Chloride der Alkali- und Erdalkalimetalle (siehe z.B. FR-PS 2121100 und GB-PS 13 86 790) enthalten.
Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Zemente bekannt, bei dem man eine Rohmischung, die aus einer kalkhaltigen, kieselerdehaltigen, tonerdehaltigen, eisenhaltigen Komponente und Calciumhalogenid besteht, bei einer Temperatur von 1300 bis 1400° C brennt und anschließend den erhaltenen Zementklinker mahlt. Währenddes Mahlens können dem Zementklinker Zusätze wie Sulfate, Nitrate und Chloride der Alkali- oder Erdalkalimetalle zugegeben werden (siehe die obengenannten Literaturstellen). Die bekannten Zemente, besonders die stark aluminathaltigen, sind durch hohe Exothermic der Anfangsstufe des Hydratationsprozesses gekennzeichnet, was bestimmte Schwierigkeiten bei der Herstellung größerer Betonmonolithe auf der Basis der genannten Zemente hervorruft und ihre Qualität senkt. Außerdem zeigen die bekannten Zemente eine ungenügend hohe Aktivität, was ihrer Verwendung für die Herstellung hochfester Betone im Wege sieht.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens zur Herstellung bekannter Zemente ist die hohe Brenntemperatur, die einen hohen Aufwand an Brennstoff erfordert. Außerdem besitzt der bei der genannten Temperatur erhaltene Zementklinker eine niedrige Mahib.irkcit, was einen großen Energieaufwand zu dessen Mahlen erfordert.
Aus der GI)-PS IJ 72 081 ist ferner eine hvdraulisehe Zusammensetzung bekannt, die aus zwei Komponenten Λ und 15 zusammengesetzt ist und zur Verfestigung von Erdboden für Straßen niedriger Kategorien noch mit Erde gemischt wird. Als Komponente A und tin
jo
40
45 Produkt angegeben, das aus den Rohstoffen Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Eisenoxid und Magnesiumchlorid durch Brennen bei looo bis 13000C und Abschrecken des erhaltenen Klinkers auf 100° C erhalten wurdav Dieses Produkt A bildet erst mit einem zweiten Produkt B eine hydraulische Zusammensetzung, Es ist der GB-PS 13 72 081 kein Hinweise zu entnehmen, daß Produkte der Art von A allein bereits wertvolle Eigenschaften aufweisen und in irgendeiner Weise verwendbar wären.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren zur Herstellung eines aus Calciumsilikaten, Calciurnchloraluminat und Tetracalciumaluminatferrit bestehenden Zements einer solchen Zusammensetzung zu entwickeln, die es möglich macht, die Wärmeentwicklung in der Anfangsstufe Jer Hydratation des Zements zu senken und die Aktivität des Zements zu erhöhen, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Zement zu entwickeln, das es möglich macht, das Brennen der Rohmischung bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen und durch ein solches Brennen einen Zementklinker zu erhalten, der eine hohe Mahlbarkeit aufweist
Einen solchen Zement erhält man nach einem Verfahren, bei dem man eine Rohmischung, die eine kalkhaltige, kieseierdehaltige, tonerdehaitige, eisenhaltige Komponente und Calciumchlorid enthält, brennt und anschließend den erhaltenen Zementklinker mahlt, wobei man erfindungsgemäß eine Rohmischung verwendet, die neben den genai..iten Komponenten eine magnesiumhaltige Komponente bei folgendem Verhältnis der genannten Komponenten enthält: kalkhaltige Komponente (umgerechnet auf CaO) 31,1 bis 39,6 Gewichtsprozent, kieselerdehaltige Komponente (umgerechnet auf S1O2) 13 bis 16 Gewichtsprozent, tonerdehaltige Komponente (umgerechnet auf AI2Oj) 3,1 bis 11 Gewichtsprozent, eisenhaltiqe Komponente (umgerechnet auf Fe2Oj) 03 bis 4,5 Gewichtsprozent, Calciumchlorid 6 bis ?0 Gewichtsprozent, magnesiumhaltige Komponente (umgerechnet auf MgO) 1,4 bis 4 Gewichtsprozent, Verluste beim Glühen Rest bis 100 Gewichtsprozent. Das Brennen der Rohmischung wird bei einer Temperatur von 1000 bis I2OO°C durchgeführt. Die niedrige Brenntemperatur macht es möglich, den Brennstoffverbrauch bedeutend zu verringern. Der bei den genannten Temperaturen erhaltene Zementklinker besitzt eine bedeutende Porosität (45 bis 65%) und folglich eine hohe Mahlbarkeit, wodurch der Energieaufwand beim Mahlen um das 2- bis 2,5fache sinkt.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Zement enthält als Calciumsilikate hochbasisches Calciumchlorsilikat und Calciumchlororthosilikat, als Tetracalciumaluminatferrit Calcumichloralumoferrit bei folgendem Verhältnis der Komponenten: hochbasisches Calciumchlorsilikat 20 bis 75 Gewichtsprozent, Calciumchlororthosilikat 10 bis 55 Gewichtsprozent, Calciumchloraluminat OJ bis 30 Gewichtsprozent, Calciumchloralumoferrit 2 bis 20 Gewichtsprozent.
Der erfindungsgemaße Zement weist folgende Eigenschaften auf: Wärmeentwicklung: während der ersten 24 Stunden Hydratation I Ii bis 140 |/g. wahrend der ersten drei Tage Hydratation Iftifcis 1% | V
Druckfestigkeit für 4 -I ■ 16 cm große Proben, bestehend aus I Gcwichtsieil /.ement. J Ciewichtsteilen Quar/sand und ().·"> C ie« ichtsteilen Wasser, nach 28 Tagen Erhiiriune in VS'a-iser hei Jincr "F-Jinperatur \on
20 ± 2" C 39 226,6 kPa bis 49 033,3 Wa; Korrosion von Stahlbewehrung in Betonproben auf der Basis des erfindungsgemäßen Zements: keine.
Der Zement mit den genannten Eigenschaften weist eine niedrige Wärmeentwicklung in der Anfangsstufe des Hydratationsprozesses auf, weshalb es möglich wird, diesen Zement in massiven Betonbauwerken, beispielsweise in Staudämmen, zu verwenden, Aufgrund hoher Aktivität kann der Zement für die Herstellung hochfester Betone verwendet werden. Das Fehlen von )0 Korrosion der Stahlbewehrung in Betonen auf der Basis des erfindungsgemäßen Zements macht es möglich, den genannten Zement bei der Herstellung von Stahlbetonkonstruktionen zu verwenden.
Der erfindungsgemäße Zement wird wie folgt π hergestellt:
Die Rohkomponenten werden getrennt oder gemeinsam gemahlen (bei getrenntem Mahlen ist die anschließende Homogenisierung der Rohmischung vorgesehen). Das Mahlen kann sowohl in Gegenwart von Wasser (Maßmahlen) als auch ohne dieses (Trockenmahlen) durchgeführt werden. Beim Naßmahlen gibt man Wasser in einer Menge von 25 bis 35%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Rohkomponenten zu. Beim Naßmahlen der Rohkomponenten kann das Calciumchlorid sowohl als Trockenprodukt als auch in Form einer wäßrigen Lösung erforderlicher Konzentration verwendet werden. Nach dem Trockenmahlen kann man die erhaltene Rohmischung unter Zugabe von 6 bis 9% Wasser granulieren und Granalien von 5 bis 20 mm Durchmesser erzeugen.
Aus der bereitete. Rohmischung erhält man Zementklinker, indem man sie in Form von Pohmehl, Granulat oder Schlamm (RohmischunH mit Wasser) einem Wärmeaggregat zuführt, wo sie bei e'-^er Temperatur j, von 1000 bis 1200°C gebrannt wird. Zur Herstellung von Zement wird der Klinker aus dem Wärmeaggregat ausgetragen und gemahlen. Um dem Zement zusätzliche Eigenschaften zu verleihen, können dem Klinker spezielle Zusätze, beispielsweise Gips, aktiver mineralischer Zusatz, oberflächenaktive Stoffe, zugegeben werden. Das Calciumchlorid, das eine Komponente der Rohmischung ist, kann sowohl in reiner Form als auch in Form einer calciumchlorhaltigen Komponente zugegeben werden. Die genannte Komponente kann der Rohmischung entweder in der Stufe des Mahlens der Komponenten oder zum Brennen im Wärmeaggregat zugegeben werden: für sich allein Calciumchlorid, für sich allein das Gemisch der übrigen Rohkomponenten, wobei das Calciumchlorid und das Gemisch der übrigen Komponenten kontinuierlich zugeführt werden.
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden Beispiele für die Herstellung von Zement angeführt. In allen Beispielen bestimmt man die Wärmeentwicklung des Zements in der Stufe der -,i Hydratation auf dem Mikrokalorimeter. Die Aktivität des Zements wird gekennzeichnet durch die Druckfestigkeit, ermittelt für 4·4· 16cm große Proben, bestehend aus I Gewichtsteil Zement, 3 Gewichtsteilen Quarzsand und 0,5 Gewichtsteilen Wasser, nach 28 Tagen Erhärtung m Wasser bei einer Temperatur von 20 ± 2'C.
Die Mahlbarkeit des Zementklinkers bestimmte man nach dem Energieaufwand für dessen Mahlen auf die vorgegebene Dispersität. Die Korrosion einer Stahlbe- ?,-, wehriinK in Betonen auf der Basis des erfindungsgemällcn /'ments bestimmte man nach der quantitativen Methode und /war den Gewichtsverluste der Bcwehrungsstäbe bei der Lagerung der Proben in einem Luftmedium mit lOOprozentiger relativer Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 20"C,
Beispiel I
Man bereitet eine Rohmischung der folgenden Zusammensetzung: marmorisierter Kalkstein (umgerechnet auf CaO) 39,6 Gewichtsprozent, Quarzsand (umgerechnet auf S1O2) 15,2 Gewichtsprozent, technische Tonerde (umgerechnet auf AbO3) 3,1 Gewichtsprozent, Pyritabbrände (umgerechnet auf Fe2Ü3) 3,8 Gewichtsprozent, (chemisch reines) Calciumchlorid 6 Gewichtsprozent, Magnesit (umgerechnet auf MgO) 1,4 Gewichtsprozent Verluste beim Glühen 30,9 Gewichtsprozent
Die genannten Komponenten unterwirft man gemeinsamer Trockenmahlung. Das Mahlprodukt wird durch einen Rückstand auf einem Sieb mit 80 μπι großen Maschen von höchstens 10 Gewichtsprozent gekennzeichnet Die erhaltene Rohmischung wird granuliert, indem man Granalien von 10 bis 15 mm Durchmesser erzeugt Die Rohmischung in Form von Granulat führt man einem Ofen zu, wo man sie bei einer Temperatur von 12000C bis zum Abschluß der Klinkerbildung brennt Zur Herstellung von Zement wird der Klinker aus dem Ofen ausgetragen und gemahlen. Der spezifische Stromverbrauch zum Mahlen ties Zementklinkers bis zur Erzielung eines Rückstandes auf einem Sieb mit 80 μπι großen Maschen von 12,2% beträgt 10,5 kWh/t und bei einem Siebrückstand von 4% 36 kWh/t.
Der erhaltene Zement weist folgende Zusammensetzung auf:
hochbasisches Calciumchlorsilikat 75 Gewichtsprozent, Calciumchlororthosilikat 10 Gewichtsprozent CalciumchloraluminatO,5 Gewichtsprozent,Calciumchloralumoferrit 14,5 Gewichtsprozent.
Der Zement weist folgende Kennwerte auf:
Wärmeentwicklung: während der ersten 24 Stunden Hydratation 132 J/g, während der ersten 3 Tage Hydratation 194 J/g.
Druckfestigkeit 48 543 kPa.
Keine Korrosion der Stahlbewehrung in Betonproben auf der Basis des genannten Zements.
Beispiel 2
Man bereitet eine Rohmischung der folgenden Zusammensetzung: Kalkstein (umgerechnet auf CaO) 31,1 Gewichtsprozent, Diatomeenerde (umgerechnet auf S1O2) 16 Gewichtsprozent, Kaolinitton (umgerechnet auf AbO)) 4,7 Gewichtsprozent, Hämatit (umgerechnet auf Fe20j) 4,5 Gewichtsprozent, technisches Calciumchlorid (umgerechnet auf CaCb) 20 Gewichtsprozent, Magnesit (umgerechnet auf MgO) 2,5 Gewichtsprozent, Verluste beim Glühen 21,2 Gewichtsprozent.
Das Mahlen der genannten Komponenten, das Granulieren der Rohmischung und das Mahlen des Zementklinkers wird analog zu Beispiel I durchgeführt. Das Brennen der Rohmischung wird bei einer Temperatur von IOOO°C durchgeführt. Der spezifische Stromverbrauch zum Mahlen des Zementklinkers bis zur Erzielung eines Rückstandes auf einem Sieb mit 80 (im großen Maschen von 11,5% beträgt 12,7 kWh/t.
Der erhaltene Zement weist folgende Zusammensetzung auf:
hochbasisches Calciumchlorsilikat 20 Gewichtsprozent, Calciumchlororthosilikat 55 GewichtSDrozent. Calci-
IO
umchloniluminiU 5 Gewichtsprozent, CalciumchloralumoferritZO Gewichtsprozent,
Der Zement weist folgende Kennwerte auf:
Wärmeentwicklung; während der ersten 24 Stunden Hydratation 115 J/g, während der ersten 3 Tage Hydratation 165 ]/gt
Druckfestigkeit 41 188 kPa,
Keine Korrosion der Stahlbewehrung in Betonproben auf der Basis des genannten Zements,
Beispiel 3
Man bereitet eine Rohmischung der folgenden Zusammensetzung: Kreide (umgerechnet auf CaO) 35,3 Gewichtsprozent, Quarzsand (umgerechnet auf SiO2) 13,0 Gewichtsprozent, Kaolinitton (umgerechnet is auf AI2O3) 11,0 Gewichtsprozent, Pyritabbrände (umgerechnet auf Fe2O3) 03 Gewichtsprozent, technisches Calciumchlorid (umgerechnet auf CaCl2) 12 Gewichtsprozent, Periklas (MgO) 4 Gewichtsprozent, Verluste beim Glühen 23,8 Gewichtsprozent
Die genannten Komponenten werden im Naßverfahren gemahlen. Dabei führt man das Calciumchlorid der Mahlstufe in Form einer 20prozenagen wäßrigen Lösung zu. Das Mahlprodukt führt man einem Drehofen zu, wo die Rohmischung bei einer Temperatur von 10500C während 70 Minuten gebrannt wird. Der erhaltene Zementklinker wird aus dem Ofen ausgetragen und gemahlen. Der spezifische Stromverbrauch zum Mahlen des Zementklinkers bis zur Erzielung eines Rückstandes auf einem Sieb mit 80 μπι großen Maschen von 12% beträgt 11,7 kWh/t.
Der erhaltene Zement weist folgende Zusammensetzung auf:
hochbasisches Calciumchlorsilikat 50 Gewichtsprozent, Calciumchlororthosilikat 18 Gewichtsprozent, Calciumchloraluminat 30 Gewichtsprozent, Calciumchloralumoferrit 2 Gewichtsprozent.
Der Zement weist folgende Kennwerte auf:
Wärmeentwicklung: während der ersten 24 Stunden Hydratation 140 J/g, während der ersten 3 Tage Hydratation 190 J/g.
Druckfestigkeit 45 110,6 kPa.
Keine Korrosion der Stahlbewehrung in Betonproben auf der Basis des genannten Zements.
Beispiel 4
45
Man bereitet eine Rohmischunq der folgenden Zusammensetzung: Magnesitkalkstein (umgerechnet auf CaO) 37,4 Gewichtsprozent, (umgerechnet auf MgO) 3 Gewichtsprozent, Löß-Letten (umgerechnet auf SiO2) 153 Gewichtsprozent, (umgerechnet auf Al2O3) 33 Gewichtsprozent, (umgerechnet auf Fe2O3) 3,3 Gewichtsprozent, technisches Calciumchlorid (umgerechnet auf CaCI2) 10 Gewichtsprozent, Verluste beim Glühen 27,1 Gewichtsprozent. Das Mahlen der genannten Komponenten, das Granulieren der Rohmischung, das Mahlen des Zementklinkers wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Das Brennen der Rohmischung wird bei einer Temperatur von HOO'C durchgeführt. Der spezifische Stromverbrauch zum Mahlen des Zementklinkers bis zur Erzielung eines Hockstandes auf einem Sieb mit 80 μπι großen Maschen von 12% beträgt 12 kWh/t, und eines SiebrQckstandes von 44% 36 kWh/u
Der erhaltene Zement weist folgende Zusammensetzung auf:
hochbasisches Calciumchlorsilikat 65 Gewichtsprozent, Calciumchlororthosilikat 19 Gewichtsprozent, Calciumchloraluminat 4 Gewichtsprozent, Calciumchloralumoferrit 12 Gewichtsprozent
Der Zement weist folgende Kennwerte auf:
Wärmeentwicklung: während der ersten 24 Stunden Hydratation 138 J/g, während der ersten 3 Tage Hydratation 196 J/g.
Druckfestigkeit 50 21OkPa.
Keine Korrosion der Stahlbewehrung in Betonproben auf der Basis des genannten Zements.
Nachstehend wird ein Vergleichsbeispiel (Beispiel 5) für die Herstellung von Zenrc^t auf der Basis einer bekannter. Rohmischung nach ε'ί.·\εη bekannten Verfahren unter Angabe seiner Eigenschaften angeführt
Beispiel 5
Man bereitet eine Rohmischung der folgenden Zusammensetzung:
Kalkstein (umgerechnet auf CaO) 383 Gewichtsprozent Quarzsand (umgerechnet auf SiO2) 11,1 Gewichtsprozent, technische Tonerde (umgerechnet auf Al2O3) 11,8 Gewichtsprozent, Pyritabbrände (umgerechnet auf Fe2O3) 2,5 Gewichtsprozent technisches Calciumchlorid (umgerechnet auf CaCl2) 4,5 Gewichtsprozent Verluste beim Glühen 31,8 Gewichtsprozent
Das Mahlen der genannten Komponenten, das Granulieren der Rohmischung, das Mahlen des Zementklinkers wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt Das Brennen der Rohmischung wird bei einer Temperatur von 13500C durchgeführt Der spezifische Stromverbrauch zum Mahlen des Zementklinkers bis zur Erzielung eines Rückstandes auf einem Sieb mit 80 μπι großen Maschen von 11,5% beträgt 34,2 kWh/t und eines Siebrückstandes von 5% 893 kWh/t
Der erhaltene Zement weist folgende Zusammensetzung auf:
hochbasisches Calciumsilikat (Alit) 45 Gewichtsprozent, Calciumorthosilikat (Beut) 10 Gewichtsprozent, Calciumchloraluminat 30 Gewichtsprozent, Calciumalumoferrit 15 Gewichtsprozent.
Der Zement weist folgende Kennwerte auf:
Wärmeentwicklung: während der ersten 24 Stunden Hydratation 215 J/g, während der ersten 3 Tage Hydratation 246 J/g.
Druckfestigkeit:37 265 kPa.
Korrosion der Stahlbewehrung in Betonproben auf der Basis des genannten Zements: nach Ablauf eines Monats 1,5 Gewichtsprozent, nach Ablauf von 12 Monaten 23 Gewichtsprozent.

Claims (1)

  1. Patentanspruch;
    Verfahren zur Herstellung von Zement durch Brennen einer Rohmischung, die eine kalkhaltige, kieselerdehaltige, tonerdebaltige, eisenhaltige Kornponente und Calciumchlorid enthält, und anschließendes Mahlen des erhaltenen Zementklinkers, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Rohmischung verwendet, welche neben den genannten Komponenten eine magnesiumhaltige Komponente bei folgendem Verhältnis der genannten Komponenten in der Rohmischung enthält: kalkhaltige Komponente (umgerechnet auf CaO) 31,1 bis 39,6 Gewichtsprozent, kieselerdehaltige Komponente (umgerechnet auf SiO2) 13 bis 16 Gewichtspro- ι ϊ zent, tonerdehaltige Komponente (umgerechnet auf AbOj) 3,1 bis 11 Gewichtsprozent, eisenhaltige Komponente (umgerechnet auf Fe£)3) 0,9 bis 4,5 Gewichtsprozent, Calciumchlorid 6 bis 20 Gewichtsprozent, magnesiumhaltige Komponente (umgerechnet auf MgO) 1,4 bis 4 Gewichtsprozent, Verluste beim Glühen Rest bis 100 Gewichtsprozent, und daß man das Brennen der Rohmischung bei einer Tempera tür von 1000 bis 12000C durchführt
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