DE2740114A1

DE2740114A1 - Puzzolan-zementmischungen

Info

Publication number: DE2740114A1
Application number: DE19772740114
Authority: DE
Inventors: Jun Raymond C Turpin
Original assignee: TURPIN JUN
Current assignee: TURPIN JUN
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1977-09-06
Publication date: 1978-03-16
Also published as: AU2839077A; JPS5342215A; CA1103705A; MX145543A; IN147387B; AU517717B2; FR2363531A1; IE45767L; BR7705781A; JPS5913458B2; IT1090324B; FR2375146A1; IE45767B1; GB1592001A

Description

- 7 Beschreibung * ' *» '

Die Erfindung bezieht sich auf Zementmischungen, enthaltend Zement, ein Puzzolaltmaterial, feinen Zuschlag, Luft, Wasser und wenigstens einen Alkalimetall-Bestandteil aus der Gruppe der Natrium- und Kaliumionen, worin das Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zu dem Puzzolanmaterial im Bereich von etwa 0,1 bis 2,0, das Verhältnis des Volumens der Breimasse (Flugasche, Zement, Luft und Wasser) zu dem Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa 0,75 bis 1,5, das Verhältnis des Feststoff-Volumens des Zements zu dem Volumen des Mörtels kleiner als etwa 0,19 liegt und der Alkalimetall-Bestandteil in einer Menge bis zu etwa 4,0 Gewichtsprozent, ausgedrückt als Aquivalentgewicht der Natriumionen, des Puzzolanmaterials vorliegt. Die erfindungsgemäßen Zementmischungen sind erheblich weniger kostspielig als die bislang industriell verwendeten Zementmischungen mit gleichwertiger Druckfestigkeit.

Wie ersichtlich, macht die Erfindung Zementmischungen unter Verwendung eines Puzzolanmaterials, vorzugsweise Flugasche, nutzbar.Einer der Hauptvorteile der Erfindung liegt darin, daß sie Zementmischungen liefert, die pro Volumeneinheit wesentlich billiger sind als herkömmliche Zementmischungen mit im wesentlichen den gleichen Struktureigenschaften. Dies Ergebnis wird durch geeignetes Proportionieren der verschiedenen Bestandteile in den Zementmischungen und Ersatz einer verhältnismäßig groBen Menge des preis-

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werten Puzzolanmaterials anstelle der normalerweise verwendeten teureren zementartigen Bestandteile erreicht.

Seit vielen Jahren ist es bekannt, daß verschiedene feinverteilte siliciumhaltige Materialien mit Kalk in Gegenwart von Feuchtigkeit zu zementartigem Material reagieren, das mit Sand und Steinen zu einem Produkt gemischt werden kann, das modernem Beton gleicht. Diese siliciumhaltigen Materialien, die gewöhnlich als Puzzolane bezeichnet werden, kommen natürlich vor oder sind Nebenprodukte verschiedener Herstellungsverfahren. Beispiele für Puzzolanmaterialien umfassen Hochofenschlacke, Vulkanasche, gebrannten Schiefer und Flugasche, die das feine, feste, in den Verbrennungsgasen pulverisierter Kohle enthaltene Nebenprodukt ist. Mit dem Auftreten zunehmender öffentlicher Umweltprobleme und den sich daraus ergebenden Beschränkungen, die gas- und teilchenförmigen Emissionen aus solchen Verbrennungsreaktionen auferlegt werden, werden zunehmend größere Mengen an Flugasche aus den Abgasen herkömmlicher Kohleverbrennungsanlagen, insbesondere Hochleistungsanlagen für die Erzeugung elektrischer Energie, gewonnen. Trotz der sich daraus ergebenden Verfügbarkeit erheblicher Mengen an Flugasche gibt es für diese derzeit noch keine größere kommerzielle Verwendung.

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Flugasche sowie andere Puzzolanmaterialien wurden zum Ersatz eines Teils der herkömmlicherweise in verschiedenen Zementmischungen verwendeten teureren zementartigen Bestandteile verwendet, volle Verwendung von Flugasche jedoch ist nicht erreicht worden. Das Haupthindernis für die Verwendung größerer Anteile an Flugasche in diesen Zementmischungen liegt darin, daß die Reaktion von Puzzolanmaterialien, Flugasche eingeschlossen, mit Kalk im Vergleich zur normalen Zementreaktion langsam ist. So zeigen puzzolanhaltige Zementmischungen eine frühzeitige Druckfestigkeit (typischerweise nach sieben oder 28 Tagen gemessen), die beträchtlich geringer ist, als bei ähnlichen Zementmischungen auf der Basis herkömmlicher zementartiger Materialien, wie z.B. Portland-Zement. Wird Puzzolan für einen zu großen Anteil des Zements eingesetzt, hat die anfallende Zementmischung eine mäßige Anfangsfestigkeit und braucht zusätzliche Zeit vor dem Aufbringen der Gebrauchsmenge. Es kann notwendig sein, für einen äußeren Träger für die Zementmischung zu sorgen, bis die Puzzolanreaktion genügend abgelaufen ist, so daß die Zementmischung selbsttragend ist.

Die geringe Aushärt- oder Abbindezeit von Zementmischungen mit einem hohen Anteil an Puzzolanmaterial ist für die meisten gewerblichen Anwendungszwecke unannehmbar oder uner-

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wünscht. Es wurden Versuche unternommen, dieses Problem durch Anwendung von Wflrme zur Beschleunigung des Abbindens und durch Zugabe großer Mengen überschüssigen Kalks und/ oder verschiedener Chemikalien zu lösen. Diese Techniken führten zur Herstellung zahlreicher Spezialprodukte, sie haben jedoch die Puzzolanreaktion nicht genügend beschleunigt, um für die Herstellung von Zementmischungen brauchbar zu sein» die sich für einen breiten Bereich von Anwendungen auf dem Bausektor eignen.

Gegenstand der Erfindung sind somit Zementmischungen, die die wirtschaftlichen Vorteile der Verwendung größerer Mengen an Puzzolanmaterial erreichen. Dieses Ergebnis wird durch geeignetes proportionieren der Bestandteile in den Zementmischungen sowie durch Einbeziehen bestimmter Alkalimetallionen in die Mischungen erreicht. Durch Anwendung der geeigneten Mengen *« Zement, Puzzolan, Wasser und feinem Zuschlag kann der Leergehalt der Zementmischungen auf ein Minimum gesenkt und maximale Druckfestigkeit gewährleistet werden. Der Zusatz verhältnismäßig großer Mengen an Natrium- und/oder Kaliumionen beschleunigt offenbar die Puzzolanreaktion und ermöglicht es, größere Mengen Puzzolanmaterial zuzusetzen, und zwar in geeignetem Verhältnis zu

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den anderen Bestandteilen der Zementmischungen, ohne daß gleichzeitig ein Verlust der frühzeitigen Druckfestigkeit eintritt.

Da diese Vorteile erzielt werden können» wenn die Natriumionen in Form von Natriumchlorid zugesetzt werden, hat die Erfindung den weiteren wesentlichen Vorteil, daß die Zementmischungen mit Seewasser oder auch mit Brackwasser hergestellt werden können. Bislang wurde allgemein angenommen, daß das Einarbeiten von Seewasser in Zementmischungen für das Produkt schädlich wäre. Die Erfindung ermöglicht es nun, verhältnismäßig preiswerte Zementmischungen mit Seewasser herzustellen, ein Vorteil, der besonders in Gegenden von Nutzen ist, wo Seewasser leichter verfügbar ist als Frischwasser.

Die Erfindung bezieht sich auf Zementmischungen, die den Ersatz von Portland-Zement durch verhältnismäßig preiswertes Puzzolanmaterial auf ein Maximum bringen.

Die erfindungsgemäßen Zementmischungen enthalten Zement, ein Puzzolanmaterial, feinen Zuschlag, Luft, Wasser und wenigstens einen Alkalimetall-Bestandteil aus der Gruppe

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der Natrium- und Kaliumionen, wobei das Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zum Puzzolanmaterial im Bereich von etwa 0,1 bis 2,0 liegt, das Verhältnis des Volumens der Breimasse (Flugasche, Zement, Luft und Hasser) zu dem Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa 0,75 bis 1,5 liegt, das Verhältnis des Feststoff-Volumens des Zements zum Volumen des Mörtels kleiner als 0,19 ist und der Alkalimetall-Bestandteil in einer Menge bis zu etwa 4,0 Gewichtsprozent, ausgedrückt als Aquivalentgewicht der Natriumionen, des Puzzolanmaterials vorliegt.

Die Erfindung soll also Zementmischungen liefern, die den Ersatz teureren Zements durch verhältnismäßig preiswertes Puzzolanmaterial, wie etwa Flugasche, maximiert. Dabei soll die frühzeitige Druckfestigkeit der Zementmischungen nicht herabgesetzt werden. Weiter sollen die Zementmischungen erheblich preiswerter sein als gleiche Volumina einer herkömmlichen Zementmischung mit gleichwertigen Baueigenschaften. Schließlich sollten wirtschaftliche Zementmischungen geboten werden, die mit Brack- oder Seewasser hergestellt werden können.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung.

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Die anliegende Zeichnung ist eine graphische Darstellung, in der die 28Tage-Druckfestigkeit gegen den Zementgehalt verschiedener Zementmischungen, einschließlich im Handel erhältlicher Zementmischungen ohne Puzzolan (IA), Zementmischungen mit Puzzolanmaterial in derzeit handelsüblichen Mengen (IB) und Zementmischungen mit einem hohen Anteil an Puzzolanmaterial gemäß der Erfindung (ID), aufgetragen ist.

Die Erfindung betrifft Zementmischungen aller Art, bei denen Portland-Zement oder ähnliche zementartige Materialien mit Hasser reagieren, um verschiedene inerte Bestandteile, wie Sand, Steine, Schotter usw. zusammenzubinden. Der hier verwendete Ausdruck "Zementmischungen" bezieht sich auf alle solche zementartigen Mischungen, einschließlich beispielsweise die auf dem Fachgebiet allgemein als Mörtel, Vergußmasse und Beton bezeichneten Materialien. Die Erfindung ist auf folgende Arten von Zementmischungen anwendbar, jedoch nicht auf diese beschränkt: Leicht anzurührende Betonmischungen, vorgefertigte Beton-Bauelemente, hergestellt durch Autoklaven- oder Dampfhärtung von Zementmischungen, Betonmischungen, wie sie in Bauelementen in hoher Masse verwendet werden, wie Schwergewichtsmauern,und

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Betonmischungen/ die als Schnellstraßen-Grundlage und -Oberfläche Verwendung finden. Diese Zementmischungen können zusätzlich verstärkende Elemente anwenden, wie sie herkömmlicherweise auf dem Fachgebiet zur Forderung der Baueigenschaften eingesetzt werden.

Trotz der von Haus aus mit dem Ersatz durch Puzzolanmaterialien, wie Flugasche, verbundenen wirtschaftlichen Vorteile enthalten typische Puzzolan-Zementmischungen, wie Beton, wie sie derzeit gewöhnlich gewerblich verwendet werden, genug Puzzolanmaterial, um nur etwa 20 - 30 Gewichtsprozent des normalerweise vorhandenen Zements zu ersetzen (wenn Flugasche an die Stelle von 30 % des Zements gesetzt wird, beträgt das Zement/Flugasche-Verhältnis, wie zuvor definiert, etwa 2,24). Das Haupthindernis für die stärkere Verwendung von Flugasche ist die geringe Reaktionsgeschwindigkeit von Puzzolan im Vergleich mit der normalen Reaktion zementartiger Materialien, wie Portlandzement. Versuche, größere Mengen an Puzzolanmaterial an die Stelle von Zement zu setzen, haben zu Zementmischungen mit unerwünscht geringer Abbindezeit und unannehmbar mäßigen Frühfestigkeitseigenschaften geführt. Als Folge hiervon treten kostspielige Verzögerungen auf, bevor die Zementmischung eine Gebrauchslast tragen kann. Bisher waren

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Versuche, die mit der Verwendung großer Mengen an Puzzolanmaterial in Zementmischungen verbundenen wirtschaftlichen Vorteile in die Wirklichkeit umzusetzen_r wegen der unerwünschten Eigenschaften der anfallenden Erzeugnisse nicht erfolgreich.

Die Erfindung ist auf Zementmischungen anwendbar, die Puzzolan und Zement in solchen relativen Verhältnissen zueinander enthalten, daß das Zement/Puzzolan-Verhältnis im Bereich von etwa 0,05 bis 2,0 liegt. Vorzugsweise liegt das Zement/Puzzolan-Verhältnis im Bereich von etwa 0,1 bis 2,0. Für die vorliegenden Zwecke bedeutet "Zement/Puζzolan-Verhältnis"das Verhältnis des Feststoff-Volumens des trockenen Zements zum Feststoff-Volumen des trockenen Puzzolanmaterials, das in der Zementmischung enthalten ist. Der hier verwendete Ausdruck "Feststoff-Volumen" (insbesondere für die Verhältnisse von Zement, Puzzolanmaterial und feinem Zuschlag oder Sand) bedeutet das Volumen des Feststoff-Bestandteils, Hohlräume ausgeschlossen, und wird durch Dividieren des Materialgewichts durch sein spezifisches Gewicht bestimmt.

Die erfindungsgemäßen Zementmischungen enthalten Zement» Puzzolan, feinen Zuschlag oder Sand, Hasser und mitgerissene und eingeschlossene Luft, die in die Zementmischung beim

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Mischen dieser Bestandteile gelangt. Die Zementbestandteile, die verwendet werden können, umfassen jeden beliebigen der auf dem Fachgebiet bekannten typischen Portland-Zemente, wie die, die der Beschreibung ASTM Standard C 150-74, Typen I, II und III genügen. Der Anteil des in den derzeitigen Zementmischungen enthaltenen Zements ist jedoch beträchtlich geringer als der normalerweise in herkömmlichen Zementmischungen mit vergleichbaren Baueigenschaften verwendete .

Zu den verwendbaren Puzzolanmaterialien gehören alle Materialien, die unter die Definition der Klassen N, F oder S gemäß ASTM Standard C 618-72 gehören. Geeignete Puzzolanmaterialien schließen Puzzolan, Traß, Vulkanasche, Bimsstein, Schlacke, Diatomeenerde, kieselhaltige Tone, gebrannten Schiefer und Flugasche ein. Flugasche ist das bevorzugte Puzzolanmaterial, weil es leicht verfügbar, billig ist und bestimmte erwünschte physikalische Eigenschaften aufweist. Form und Größenverteilung von Flugascheteilchen verbessern die Verarbeitbarkeit der Zementmischungen, und eine annehmbareVerarbeitbarkeit solcher Mischungen, die Flugasche enthalten, kann im allgemeinen mit weniger Wasser erzielt werden als mit anderen Puzzolanmaterialien. Diese Senkung des Wasserbedarfs trägt dazu bei, den Hohlraumge-

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halt der Zementmischung auf ein Minimum zu senken, und erhöht die Druckfestigkeit des Zementprodukts.

Die Zementmischungen enthalten auch feinen Zuschlag oder Sand/ der jeder saubere dauerhafte Sand sein kann, wie er herkömmlicherweise auf dem Fachgebiet zur Herstellung von Mörtel oder Beton verwendet wird. Geeignete Sande sind solche, denen ein Material fehlt, das durch ein Sieb entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,297 mm (Sieb Nr. 50) geht. Die in die Zementmischungen eingearbeitete Sandmenge bestimmt sich nach dem Volumen der Zementmischung und den gewünschten Festigkeitseigenschaften, wobei zu berücksichtigen ist, daß das Verhältnis von Brei zu Sand wie hier definiert, im festgelegten Bereich liegen muß.

Die Zementmischungen enthalten auch genügend Wasser, um den ASTM- und ACI-Standards für Verarbeitbarkeit zu genügen. Innerhalb dieser Parameter ist es wünschenswert, die Menge des zugesetzten Wassers minimal zu halten, um die Festigkeit der Zementmischungen maximal zu gestalten.

Die erfindungsgemäßen Zementmischungen können auch jeden der gemeinhin auf dem Fachgebiet als "chemische Zusätze" bekannten chemischen Bestandteile enthalten. Die

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Grundtypen chemischer Zusätze sind im ASTM-Standard C 494-71 aufgeführt und werden allgemein nach ihrer Punktion klassifiziert, d.h. ob sie zur Verzögerung oder Beschleunigung der chemischen Zementreaktionen, zur Herabsetzung des Wasserbedarfs oder für eine Kombination dieser Zwecke eingesetzt werden. Die chemischen Zusätze, die derzeit gewöhnlich verwendet werden, umfassen Derivate der Lignosulfonsäure und deren Salze, hydroxylierter Carbonsäuren und deren Salze und polymere Zuckerderivate. Jeder dieser chemischen Zusätze kann in den erfindungsgemäßen Zementmischungen in den auf dem Fachgebiet gewöhnlich eingesetzten Mengen eingearbeitet sein.

Die vorstehenden Zementmischungs-Bestandteile können in jeder auf dem Fachgebiet herkömmlicherweise angewandten Weise kombiniert werden und werden im allgemeinen gemäß den in den ASTM-Standard C-94 aufgeführten Verfahren gemischt.

Um die Frühzeit-Druckfestigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Zementmischungen zu maximieren, ist es wünschenswert, die Hohlräume in den Zementmischungen auf ein Minimum zu bringen, da zwischen dem Volumen solcher Hohlräume und der Druckfestigkeit der Zementmischungen eine

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umgekehrte Beziehung besteht. Beim Abbinden und Harten der Zementmischungen hinterlassen Luft und Wasser Hohlräume, die in dem gehärteten Produkt schwache Stellen hervorrufen. Es wurde nun gefunden, daß diese Hohlräume minimal werden, wenn genügend Puzzolanmaterial einer Zement, Sand, Hasser und Luft enthaltenden Mischung zugesetzt wird, so daß das Volumenverhältnis des Breis (Zement, Puzzolan, Wasser und Luft) zu Sand (feiner Zuschlag) im Bereich von etwa 0,75 bis 1,5 und vorzugsweise von etwa 1,0 bis 1,4 liegt. Für die vorliegenden Zwecke bedeutet das "Brei/Sand-Verhältnis" das Verhältnis des Volumens der Breibestandteile (Zement, Puzzolan, Wasser und Luft) zu dem Feststoff-Volumen des trockenen Sandes (feinen Zuschlag). Wenngleich das optimale Brei/Sand-Verhältnis für jede spezielle Zementmischung von der Art des Sandes und den verwendeten zementartigen Bestandteilen abhängt, fällt die optimale Menge in den zuvor genannten Bereich.

Um weiter den Verlust der Frühzeit-Druckfestigkeit zu verhindern, der üblicherweise mit der Verwendung eines großen Anteils an Puzzolanmaterial verbunden ist, enthalten die erfindungsgemäßen Zementmischungen auch bestimmte ionische Bestandteile. Bs wurde nun gefunden, daß die Puzzolanreaktion in vorteilhafter Weise durch Zusatz ge-

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nügender Mengen wenigstens eines Alkalinetallions aus der Gruppe der Natrium- und Kaliumionen beschleunigt werden kann. Obgleich nicht genau bekannt ist, wodurch diese Ionen die Puzzolanreaktion beschleunigen» wird derzeit angenommen, daß Natrium- und Kaliumionen die Wasserlöslichkeit der siliciumhaltigen Bestandteile im Puzzolan erhöhen, was die lösliche Kieselsäure mit überschüssigem, durch die Hydratation des Zements freigesetztem Kalk reagieren laßt.

Jede nur meßbare Menge an Natrium- und/oder Kaliumionen hat einen feststellbaren Einfluß bei der Katalyse der Puzzolanreaktion und dem Unterdrücken der Herabsetzung der Frühzeit-Druckfestigkeit, die üblicherweise mit hohem Puzzolangehalt bei Zementmischungen verbunden ist. Werden Natriumionen verwendet, sollte die Zementmischung Natriumionen in einer Menge bis zu etwa 4,0 Gewichtsprozent des in der Zementmischung vorhandenen Puzzolanmaterials enthalten, und vorzugsweise sollten genügend Natriumionen vorliegen, um etwa 0,2 bis 1,6 Gewichtsprozent des Puzzolans auszumachen. In Zementmischungen, die Kaliumionen als Alkaliionen-Bestandteil verwenden, können die Kaliumionen in gleichen Mengen an Natriumionen innerhalb der allgemeinen und bevorzugt genannten Bereiche entsprechenden Mengen vorhanden sein. Auch können Gemische von Natrium- und Kaliumionen verwendet werden, wobei die Gesamtmenge solcher Ionen

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innerhalb der oben angegebenen Bereiche liegt» wobei die Menge der Kaliumionen wieder auf da· Aquivalentgewicht an Natriumionen übertragen ist.

Werden diese Alkalinetallionen in Mengen Ober 4,0 Gewichtsprozent zugesetzt, ausgedrückt als Aquivalentgewicht der Natriumionen, bezogen auf das Puzzolanmaterial, werden die vorteilhaften Einflüsse wieder vermindert, und die sich ergebenden Zementmischungen werden durch einen pulvrig-weißen Rückstand verfärbt, der auf der Außenfläche der Zementmischung nach dem Verdunsten des Wassers von der Oberfläche verbleibt.

Die Puzzolanreaktion kann durch gleichzeitiges Beschleunigen der Hydratation des Zements und folglich Bildung freien Kalks, der anderen Hauptreaktionskomponente, weiter beschleunigt werden. Dies kann durch Zusatz bestimmter Anionen aus der Gruppe der Sulfat-, Chlorid-, Bromid- und/oder Nitrit-Ionen erfolgen. Sulfat- und Chloridionen sind bevorzugt. Wieder wurde festgestellt, daß jede nur meßbare Menge dieser Anionen einen feststellbaren Einfluß auf die Reaktionsgeschwindigkeit des Puzzolans und die Frühzeit-Druckfestigkeit der Zementmischungen hat. Die Zementmischungen können genügend Chloridionen enthalten, um bis zu etwa

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6,0 Gewichtsprozent des vorhandenen Puzzolanmaterials und vorzugsweise etwa 0,3 bis 2,4 Gewichtsprozent des Puzzolanmaterials auszumachen. In Zementmischungen, die Sulfat' und/oder Nitritionen einsetzen, sollten diese Ionen in einer Menge entsprechend gleichen Mengen Chloridionen innerhalb der oben als allgemein und bevorzugt angegebenen Bereiche vorliegen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden ein oder mehrere Anionen der Zementmischung zusammen mit den Alkalimetallionen zur Beschleunigung der Puzzolanreaktion in zwei getrennten Weisen zugesetzt. Beispiele für Materialien, die zugesetzt werden können, um sowohl die Alkalimetall- als auch die anionischen Bestandteile zu liefern, umfassen Natriumchlorid, Natriumsulfat und Kaliumchlorid.

Einer der bevorzugten Zusätze ist Natriumchlorid, das in Form von Seewasser in die Zementmischungen eingearbeitet werden kann. Seewasser ist besonders brauchbar, weil es zusätzlich zum Natriumchlorid beträchtliche Mengen an Kalium- und Sulfationen enthält, die die Puzzolanreaktion weiter katalysieren. Nachfolgend ist eine typische chemische Analyse

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der Ionen-Bestandteile von Seewasser angegeben: Ionen ppm

Natrium 10 000

Kalium 700

Calcium 440

Magnesium 1 316

Sulfat 2 515

Chlorid 20 750

Der vorteilhafte Einfluß von Seewasser ist besonders überraschend, da bislang allgemein angenommen worden war, daß Seewasser für Zementmischungen von Nachteil ist. Die Erfindung führt nun zu Zementmischungen, die Seewasser verwenden, was Zementmischungen in Gegenden, in denen Seewasser reichlich zur Verfügung steht und Frischwasser verhältnismäeig knapp ist, leichter verfügbar macht.

Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform wurde gefunden, daß die Vorteile der Erfindung ohne Zusatz eines Alkalimetall-Bestandteile erzielt werden können, wenn das Chloridion in Form von Calciumchlorid in einer Menge zugesetzt wird, die ausreicht, um etwa 0,5 bis 4,0 und vorzugsweise etwa 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent des vorhandenen Puzzolanmaterials auszumachen, und die anderen Bestandteile der

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Zementmischung gemäß den beschriebenen Verhältnissen zugesetzt werden. Zementmischungen jedoch, in denen das Chloridion mit einem Alkalimetall-Bestandteil zugesetzt ist, zeigen höhere Frühzeit-Druckfestigkeiten als analoge Zementmischungen« in denen das Chloridion als Calciumchlorid zugesetzt ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die positiven Einflüsse der Verwendung verhältnismäßig großer Mengen von Flugasche ohne Zusatz von außen zugeführten Kalks erzielt werden können, d.h. anderen Kalks als dem, der durch die Hydratation des Zements entsteht. Die erfindungsgemäßen Zementmischungen vertragen zusätzlich zugefügten Kalk in Mengen bis zu etwa 4,0 Gewichtsprozent der Flugasche, wenngleich die Abbindezeit des Produkts herabgesetzt wird. Wird weiterer Kalk in Mengen über 4,0 Gewichtsprozent des Puzzolanmaterials zugesetzt, wird die Frühzeit-Festigkeit der Zementmischungen vermindert. Daher können die erfindungsgemäßen Zementmischungen zusätzlich von außen zugefügten Kalk in Mengen unter etwa 4,0 Gewichtsprozent des Puzzolanmaterials enthalten.

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Beispiele Beispiel 1;

Dieses Beispiel demonstriertdie Arbeitsweise zur Bestimmung der erforderlichen Menge an Flugasche, um die Druckfestigkeit einer Zementmischung zu maximieren. Unter Verwendung verschiedener Mengen an Zement wurde eine Reihe verschiedener Mischungen hergestellt, und die Menge an Flugasche für jede Zementmischung wurde variiert. Die 28Tage-Druckfestigkeit einer jeden Zementmischung wurde gemessen und ist in Tabelle I wiedergegeben.

Der in jedem der Tests verwendete Zement bestand aus einer Mischung gleicher Gewichtsanteile dreier Portland-Zemente des Typs I, wie in ASTM-Standard C 150-74 definiert« die von drei verschiedenen Mühlen erhalten wurden. Dieser Zement wurde in allen hier angegebenen Beispielen verwendet, sofern nicht anders angegeben.

Der in jedem der Tests in diesem und den anderen Beispielen verwendete Sand bestand, sofern nicht anders angegeben, aus einem Gemisch gleicher Anteile eines relativ feinen (Nr. 109) und eines relativ groben (Nr. 190)

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Sande* aus Ottawa, Illinois. Zusätzlich zum Ottawa-Sand wurde bei den Tests 6-1 bis 6-3 por d - Siebmaterial, das durch ein Sieb (Nr. 200) entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,074mm ging, verwendet. Bei den Tests 1-1 bis 1-5 bestand der Sand aus gleichen Mengen eines handelsüblichen Sandes, der als Waugh-Sand aus Montgomery, Alabama, bekannt ist und einem handelsüblichen Sand, der typisch für Sande in Atlanta, Georgia, ist.

Sofern nicht anders angegeben, bestand das in jedem der Tests in diesem und den anderen Beispielen verwendete Puzzolanmaterial aus Bowen-Flugasche, gewonnen aus der Verbrennung pulverisierter Fettkohle in der Bowen-Anlage der Georgia Power Company. In den Tests H-I bis H-3 und K-I bis K-3 wurde ein anderes Puzzolanmaterial verwendet, das Flugasche der McDonough-Anlage der gleichen Gesellschaft enthielt.

Das in jedem Test angewandte Mischverfahren war das in ASTM Standard C 109 beschriebene Grundverfahren mit wenigen Abwandlungen. Zuerst wurden Zement, Flugasche und Wasser dem im Standardtestverfahren beschriebenen Mischer zugegeben. Die eingesetzte Zementmenge blieb für eine gegebene Testserie konstant, aber die Menge des eingesetzten

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Wassers In jedem Test wurde eingestellt, um verhältnismäßig gleichmäßige Konsistenz (ein Maß für die Verarbeitbarkeit) für alle Tests innerhalb einer gegebenen Testserie, Tests A-I bis A-4 zu erzielen. Zement, Flugasche und Wasser wurden daher mit geringer Geschwindigkeit 30 Sekunden gemischt, worauf der Sand oder ein anderer feiner Zuschlag über 30 Sekunden dem Mischer zugesetzt wurde, während mit geringer Geschwindigkeit weitergemischt wurde.Diese Bestandteile wurden dann mit mittlerer Geschwindigkeit für weitere 30 Sekunden gemischt. Die Sand-Zusatzmenge wurde eingestellt, um relativ gleiche Volumina für alle hergestellten Proben zu ergeben.

Dann wurde der Mischer für 90 Sekunden abgeschaltet, und in den ersten 15 Sekunden wurden die Seiten des Mischers abgekratzt. Dann wurde die Zementmischung mit mittlerer Geschwindigkeit weitere 60 Sekunden durchmischt.

Während der ersten 90 Sekunden nach dem letzten Mischen wurde die Schale vom Mischer entfernt. Eine Hälfte des Mörtels wurde entnommen und auf Konsistenz geprüft, wobei der Test etwa 30-45 Sekunden für seine Durchführung erforderte. Wich die Konsistenz von der anderen Testprobe innerhalb einer gegebenen Testreihe ab, wurde die Zementmischung erneut zu-

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sammengesteilt, um annähernd gleichwertige Verarbeitbarkeit aller Testmischungen innerhalb der Testserien zu erzielen. Die andere Hälfte der Testprobe wurde dann nach dem hier definierten Verfahren zur Bestimmung des Hohlraumgehalts getestet. Nach Abschluß dieser Tests wurden beide Anteile in den Mischbehälter zurückgegeben und bei mittlerer Geschwindigkeit 15 Sekunden gemischt. Die Zementmischung wurde in sechs Standard-Würfel von etwa 50 mm (2 Zoll) zur Messung der Druckfestigkeit gegeben. Die Würfel wurden unter Verwendung von Kalkwasser unter ASTM-Standard C 109-Bedingungen gehärtet. Alle Tests wurden unter Standard-Bedingungen der Temperatur und Feuchtigkeit» wie in dem gleichen ASTM-Standard angegeben, durchgeführt*

Die Konsistenz wurde unter Verwendung eines Meßkonus gemessen, wie in Abschnitt 2.3 des ASTM-Standard C 128-73 beschrieben. Zu Beginn wurde eine Hälfte des Konus mit der Testprobe gefüllt und 25 mal mit einem vorne abgerundeten Stab mit einem Durchmesser von 6,35 mm (1/4 Zoll) gerührt. Dann wurde der Rest des metallischen Konus gefüllt und 25 mal mit dem durch die Oberschicht und knapp in die zweite Schicht ragenden Stab zur Konsolidierung der beiden Schichten gerührt. Nach diesem zweiten Rühren wurde überschüssiges

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Material am Oberende des Konus unter Verwendung der Kante einer Maurerkelle abgeschlagen, und der Konus wurde langsam Ober einen 10 Sekunden-Zeitraum entfernt. Der Konus wurde neben die konische Masse des Testprobenmaterials gesetzt, und der Unterschied zwischen der Höhe des Standard-Konus (Originalhohe der Probe) und der Höhe der Probe nach dem Entfernen des Konu» wurde als Konsistenz gemessen.

Das Volumen der möglichen Hohlräume (Wasser und mitgerissene oder eingeschlossene Luft) wurde unter Anwendung der folgenden Versuchsarbeitsweise bestimmt. Ein an einem Ende geschlossener Metallzylinder mit einem bekannten Volumen und Gewicht wurde zur Bestimmung der Dichte jeder hergestellten Zementmischung eingesetzt. Der Zylinder wurde in drei gleichen Teilen mit anschließendem Umrühren nach jeder Zugabe der Testprobe wie beim Konsistenztest gefüllt. Nach dem Umrühren der dritten Schicht wurde überschüssiges Testprobenmaterial am oberen Ende abgestrichen und die Dichte durch Dividieren des Zylindervolumens durch die Differenz des Gewichts zwischen dem gefüllten und dem ungefüllten Zylinder bestimmt. Durch Kenntnis des Gesamtgewichts des in einem gegebenen Test hergestellten Testprobenmaterials und der Dichte konnte das Gesamtvolumen

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der hergestellten Probe ermittelt werden. Der Unterschied zwischen dem Gesamtvolumen der Testprobe und dem Gesamtvolumen der einzelnen Festbestandteile in der Testprobe stellt den Hohlraumgehalt der Probe dar.

Die Zusammensetzung der verschiedenen Testproben und die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle I aufgeführt. Diese Ergebnisse zeigen, daß für eine gegebene Zementmischung eine optimale Menge an Puzzolanmaterial existiert, die zugesetzt werden kann, um die Druckfestigkeit dieser Mischung zu maximieren. Dieses Maximum wird erreicht, wenn genügend Puzzolan zugesetzt ist, um das Zement/Puzzolan-VerhSltnis in den Bereich von etwa 0,1 bis 2,0 zu bringen. Wird mehr als die Maximalmenge an Puzzolanmaterial der Zementmischung zugesetzt, tritt ein entsprechender Abfall der 28Tage-Festigkeit auf. Die Testergebnisse zeigen, daß die 28Tage-Festigkeit von solchen puzzolanhaltigen Zementmischungen ein Maximum erreicht, wenn der Hohlraumgehalt der Mischungen ein Minimum erreicht, wie durch ein Brei/Sand-Verhältnis zwischen etwa 1,0 und 1,4 angedeutet.

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TABELLE I Beispiel Zement Puzzolan Sand Wasser insges. Hohlraum Brei/Sand Zement/Puzzolan 28-Tage-Festigkeit

(g)

(g) (cm3/1000 cn>3 insgesamt (Vol.) Mischung) (Vol.)

eines Würfels kg/cm2 (_psj)

oo A-3

to A-4

cn B-3

188 188 188 188

510,8
704,7 636,4

701,1

763

400 500 550 600

250 350 450 550

1352 1248 1183 1112

1489 1395 1293 1188

1373 1227 1286 1221 1173

231,4

233,4

239,4

247,1

247,7 237,4 235,3

243,3

256,3 267,4 262,4 271,0 276,2

26,	35	o,	96
26,	44	1;	12
27,	06	1;	24
27,	52	Ir	38
27,	64	o,	78
26,	86	o,	90
26,	82	1,	05
27,	39		23
31,	99	ο.	93
31,	24	Ir	16
31,	14	ι.	06
31,	59	Ir	17
31,	58	1,	26

0,36	196,	14	(2790)
0,29	195,	43	(2780)
0,26	192,	62	(2740)
0,24	189,	11	(2690)
0,58	176,	45	(2510)
0,42	189,	81	(2700)
0,32	202,	46	(2880)
0,26	183,	48	(2610)

TABELLE I (Fortsetzung)

Beispiel Zement Puzzolan Sand Wasser insges. Hohlraum Brei/Sand Zement/Puzzolan 28-Tage-Festigkeit (g) (g) (g) (cn^/lOOO cm³ insgesamt (Vol.) (Vol.) eines Würfels

Mischung) % kg/cm2 (psi)

D-I	-	500	1472	204_r7
D-2	-	600	1366	207,7
D-3		650	1312	209,3
OO ο D-4 CO oo d-5	376 376 376	700 750	1256 1132	212,8 222,0
S M OO »o e-2 cn E-3	376	230 290 330	1352 1286 1244	247,2 245,5 248,1
E-4	564	400	1152	253,1
F-I	564	50	1352	261,9
F-2	564	100	1305	261,7
F-3	564	150	1250	264,6
F-4	564	200	1188	266,4
F-5	250	1113	271,2

23,95	0,80
23,80	0,94
24,11	1,02
24,09	1,11
24,88	1,34
27,69	0,96
27,61	1,06
27,57	1,13
28,20	1,30
28,83	0,96
29,07	1,03
29,22	1,12
29,31	1,23
29,98	1,38

1,27 1,00 0,88 0,73

8,74 4,37 2,91 2,18 1,75

558.18 (7940) 559,59 (7960)

575.76 (8190)

513.19 (7300)

747,43 (10632)

809,86 (11520)

770,49 (10960)

798,61 (11360)

743.77 (10580)

TABELLE I (Fortsetzung)

Beispiel Zement Puzzolan Sand Wasser insges. Hohlraum Brei/Sand Zement/Puzzolan 28-Tage-Festigkeit (g) (g) (g) (cm3/1000 cn\3 insgesamt (Vol.) (Vol.) eines Würfels

Mischung) % ___ kg/ση 2 (psi)

G-I	376	200*	1243	267,5	31,63	1,06	1,53*	284,72	(4050)
G-2	376	250	1196	272,3	31,65	1,14	1,22	299,48	(4260)
G-3	376	300	1138	275,7	32,09	1,25	1,02	323,38	(4600)
H-I	188	200**	1456	281,0	29,40	0,82	0,62	130,06	(1850)
H-2	188	300	1345	273,5	28,98	0,97	0,41	144,82	(2060) I
H-3	188	400	1173	290,0	30,37	1,26	0,31	137,79	(1960) ,
I-l	188	250	1380***	293,2	30,56	0,89	0,58	123,03	(1750)
1-2	188	350	1312	271,0	29,10	0,99	0,42	140,6	(2000)
1-3	188	450	1214	264,4	28,66	1,15	0,32	153,96	(2190)
1-4	188	550	1125	265,4	28,73	1,32	0,26	153,25	(2180) ^J
1-5	188	600	1057	269,9	29,46	1,47	0,24	147,63	(2100) ο

TABELLE I (Fortsetzung) Beispiel Zement Puzzolan Sand Wasser insges. Hohlraum Brei/Sand Zement/Puzzolan 28-Tage-Festigkeit

(g) (g) (g) (cm3/l000 cm3 insgesamt (Vol.) (Vol.) eines Würfels Mischung) % kg/cm2 (psi)

188 188 188

376 376 376

290**** 1380

390 490

1256 1118

160.5** 1345

230 300

1256 1157

260,3 261,5 269,4

273,4 278,0 284,7

0,92 1,11 1.37

0,97 1.11

1,29

0,44 0_r32 0,26

1,54

1,07 0,82

170,83 (2430)

181,37 (2580)

170,83 (2430)

407,04 (5790)

436,56 (6210)

428;83 (6100)

Anstelle von Puzzolanmaterial enthielten die Beispiele der G-Serie die angegebenen Mengen an Teich-Siebmaterial, das durch ein Sieb entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,074mm (200 mesh) ging. Das Zement/Puzzolan-Verhältnis für diese Testserie ist tatsachlich das Zement/Feinteil-Trockenvolumenverhältnis.

++ Der in dieser Probe verwendete Puzzolan bestand aus Flugasche der McDonough-Anlage der Georgia Power Company.

+++ Der in dieser Probe verwendete Sand bestand aus einem 50 : 50 -Gemisch auf Gewichtsbasis -J handelsüblich erhältlichen Sandes, unter dem Namen Waugh-Sand aus Montgomery, Alabama, be- £» kannt und eines im Handel erhältlichen Sandes, wie er für Sande aus Atlanta, Georgia, typisdE) ist. -^

♦♦♦♦ Der in diesem Beispiel verwendete Puzzolan bestand aus New York-Flugasche, erhalten von den"*** Army Corps of Engineers.

Beispiel 2 t

Eine Reihe von Tests wurden durchgeführt, die den Einfluß verschiedener,in eine puzzolanhaltige Zementmischung eingearbeiteter Ionen veranschaulichen. Die Grundmischung oder Kontrolle, die in diesen Tests verwendet wurde, war wie folgt:

188 g Zement, 500 g Flugasche» 1250 g Sand, 235 ml Wasser.

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis in dieser Zementmischung ist 0,29, was die Optimalmenge an Flugasche für diese Mischung bedeutet, wie in den Beispielen A-I bis A-4 und B-I bis B-4 in Beispiel 1 bestimmt.

Die Zementmischungen in diesem Beispiel wurden wie im Beispiel 1 hergestellt und getestet. Der Wassergehalt jeder Testprobe wurde eingestellt, um Proben mit gleichwertiger. Verarbeitbarkeit innerhalb einer gegebenen Testserie herzustellen. Die Konsistenz einer jeden Testprobe wurde in sechzehntel Zoll gemessen und die Druckfestigkeit der aus den verschiedenen Zementmischungen hergestellten Kuben von 50,8 mm (2 Zoll) wurden nach sieben und 28 Tagen gemessen.

809811/0825

Test-Wasser insges.
pro- (cm^/1000 cm3
be Mischung)

233,8

Konsistenz
min.(16tel
Zoll)

(10)

•

-

II

7 Tage-Festig
keit d.Würfels
kg/cm² (psi)

(1530)

28 Tage-Festig
keit d.Würfels
kg/cm² (psi)

(2890)

28 Tage-Fe
stigkeit
gegen Kon
trolle

1
U)
(Ti

AA-I

231,0

15,9

(11)

ΓABELLE

8,9

Brei/Sand
(VoI.)

107,6

(2900)

203,2

(5290)

1,00

I

AA-2

228,2

17,5

(11)

chemischer ehem.
Zusatz Zusatz
Na₂SO_{4 (g)}

17,9

1,13

203,9

(3200)

371,9

(6250)

1,83

AA-3

223,2

17,5

(12)

-

11,9

1,13

225

(2780)

439,4

(4830)

2,16

AA-4

218,5

19,1

(12)

NaCl

23,9

1,13

195,4

(3150)

339,5

(5900)

1,67

OO
O

AA-5

237,7

19,1

(12)

NaCl

-

1,12

221,4

(1540)

414,8

(2660)

2,04

981

AB-I

235,6

19,1

(14) N

KCl

2° ²⁵/⁹

1,12

108,3

(2580)

187

(3790)

1,00

1/0

AB-2

227,0

22,2

(14) N

KCl

2° ⁵¹»⁷

1,13

181,4

(3690)

266,4

(5340)

1,42

00
IO

AB-3

228,9

22,2

(14)

-

11,1

1,34

259,4

(2360)

375,4

(3810)

2,01

(Π

AB-4

222,1

22,2

(12)

Ia₃So₄. IOH

22,2

1,34

165,9

(2560)

267,8

(4330)

1,43

AB-5

230,9

19,1

(12)

Ia₂So₄. IOH

-

1,12

180

(1340)

304,4

(2950)

1,63

AC-I

228,2

19,1

(11)

NaNO₂

10,6

1,12

94,2

(2560)

207,4

(5650)

^⁰⁰ »O

AC-2

228,9

17,5

(11,5)

NaNO₂

-

1,14

180

(1450)

397,2

(2890)

1,92 J?

AD-I

214,2

18,3

(9)

-'

11,3

1,12

101,9

(2030)

203,2

(3950)

1,00 -*

AD-2

14,3

NaCl

1,11

142_t7

277,7

1,37

-

1,11

CaCl,

Wie in Tabelle II angegeben, wurden verschiedene ionische Materialien in den angegebenen Mengen in wässriger Lösung dem Zement- und Puzzolanmaterial zu Beginn des Mischvorgangs zugesetzt. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle II angegeben. Wurden Tests mit verschiedenen ionischen Bestandteilen an verschiedenen Tagen hergestellt, sind die Ergebnisse mit denen der ohne Ionen am gleichen Tage hergestellten Grundmischung verglichen. Die Spalte ganz rechts in Tabelle II gibt das Verhältnis der 28 Tage-Festigkeit der Testprobe zur 28 Tage-Festigkeit der Kontrollprobe wieder.

Die Ergebnisse dieser Tests zeigen, daß die Natrium- und Kaliumionen sowohl die 7 Tage- als auch die 28 Tage-Festigkeit der stark puzzolanhaltigen Zementmischungen verbessern. Der Test AD-2 zeigt auch, daß die Frühzeitfestigkeit puzzolanreicher Zementmischungen verbessert werden kann, wenn Calciumchlorid in den Zementmischungen in Anwesenheit eines Alkalimetallions eingesetzt wird.

Beispiel 3;

Tests wurden mit Zementmischungen durchgeführt, die verschiedene Mengen Natriumchlorid enthielten. In den Tests BA-I bis BA-4 bestand die Zement-Grundmischung oder Kontrolle

809811/0825

aus den folgenden Bestandteilenχ

188 g Zement» 250 g Flugasche, 1475 g Sand, 250 ml Nasser.

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis dieser Zementmischung ist 0,58.

Bei den Tests BB-I bis BB-4 bestand die Zement-Grundmischung aus den folgenden Bestandteilenι

188 g Zement, 550 g Asche, 1222 g Sand, 250 ml Wasser.

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis dieser Zementmischung ist 0,27.

Der Rest der Bestandteile in den verschiedenen Testproben ist in Tabelle III aufgeführt. Diese Testproben wurden gemae der in Beispiel 2 ausgeführten Arbeitsweise hergestellt und getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle III aufgeführt. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Natrium- und Chloridionen die Frühzeitfestigkeit puzzolanreicher Zementmischungen erhöhen.

809811/0825

TABEIlE III

28 Tage-Test-Wasser insges. Konsistenz ehem. Zusatz Brei/Sand 7 Tage-Festigk. 28 Tage-Festig- Festigkeit pro- (cm3/1000 cm3 nun (16tel Zusatz (g) XVoI.) des Würfels keit d.Würfels gegen be Mischung) Zoll) kg/cm² (psi) kg/cm² (psi) Kontrolle

BA-I

ο BA-2

Ξ BA-3 C. BA-4

BB-I BB-2 BB-3 BB-4

247,6 248,3 241,7 231,8

243,3 239,9 231,3

224,0

22,2 (14)

23,8 (15)

22,2 (14)

19,1 (12)

NaCl 2,4 RaCl 8,3 NaCl 16,6

NaCl 5,2 NaCl 18,2 NaCl 36,6

0,80

0,80 0,80

1,23 l_f23

1,22 1,22

80,8 (1150)

101,2 (1440)

137.1 (1950) 136,4 (1940)

97,0 (1380)

162,4 (2310)

213,7 (3040)

217.2 (3090)

176,5 (2510)

194,7 (2770)

241,1 (3430)

317,1 (4510)

183,5 (2610)

324,1 (4610)

484,4 (6890)

532,9 (7580)

1,00 1,10 1,37 1,80

1,00 1,77 2,64

2,90

ro

"⁴⁰~ 27401U

Beispiel 4»

Eine Testserie wurde durchgeführt» um zu zeigen» dad die Vorteile der Erfindung unter Verwendung verschiedener Sande und verschiedener Puzzolanmaterialien erzielt werden können.

Bei den Tests CA-I und CA-2 bestand die Zement-Grundmischung oder Kontrolle aus den folgenden Bestandteilen:

188 g Zement,

400 g Bowen-Flugasche,

1260 g eines 50/50-Gemischs handelsüblicher Sande» Haugh-Sand aus Montgomery» Alabama und typischer Sand aus Atlanta» Georgia»

276 ml Wasser.

Das Zement/Puzzolan-Verhältnie dieser Zementmischung ist 0,36.

Die Zement-Grundmischung oder Kontrolle für die Testproben CB-I bis CB-3 bestand aus den folgenden Bestandteilen:

188 g Zement»

390 g New York-Flugasche»

1260 g eines 50/50-Gemischs von Senden aus Ottawa» Illinois»

262 g Wasser.

809811/0825

27A01U

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis für diese Zementmischung ist 0,32.

Schließlich wurde in den Teste CC-I bis CC-3 die folgende Kontroll-Zementmischung verwendet:

188 g Zement,

444 g Puzzolan der Klasse N (natürlich), bezogen von der Oregon P.C. Co., Lime, Oregon,

1290 g eines 50/50-Gemischs von Sanden aus Ottawa, Illinois,

253 ml Wasser.

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis für diese Zementmischung ist 0,36.

Die übrigen Bestandteile in jeder Testprobe sind in Tabelle IV aufgeführt. Die Testproben wurden nach den in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt und getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle IV aufgeführt. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Erfindung auf Zementmischungen anwendbar ist, die verschiedene Arten von Puzzolanmaterial und feinem Zuschlag enthalten.

809811/0825

TABELLE IV

28 Tage-

Test-Wasser insges. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festig- 28 Tage-Festig- Festigpro- (cmVlOOO cm3 non (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Würfels keit d.

	be	Mischung)
80981	CA-2	276,9 264,6
^.	CB-I	261,5
0825	CB-2 CB-3	249,6 244,2
	CC-I	250,5
	CC-2	248,0
	CC-3	238,1

Zoll)

_. _ _ Würfels keit gegen

kg/cm2 (psi) kg/cm² (psi) Kontrolle

30,2 (19)

30.2 (19) NaCl 13,3

33.3 (21)

28,6 (18) NaCl 12,9

31,8 (20) NaCl 25,9

22,2 (14)

22,2 (14) NaCl 13,3

20,6 (13) NaCl 26,6

1,07 78,7 (1120) 154 (2190)

1.07 153,3 (2180) 316,4 (4500)

I₁Il 100,5 (1430) 181,4 (2580)

1.11 169,4 (2410) 343,8 (4890)

1.12 170,1 (2420) 355 (5050)

1.08 104 (1480) 220,7 (3140) 1,10 173,6 (2470) 294,4 (4230)

1.09 182,1 (2590) 326,2 (4640)

1,00 2,06

1,00 1,90

1,95

1,00 1,35

1,«β ro

Beispiel 5ι

Um den Einfluß der Änderung des Zement/Puzzolan-Verhältnisses und des Anteils ionischer Bestandteile in den
Zementmischungen zu demonstrieren, wurden die folgenden
Testserien durchgeführt.

In den Tests DA-I bis DA-5 bestand die Zement-Kontrollmischung aus den folgenden Bestandteilen!

376 g Zement» 330 g Flugasche» 1240 g Sand» 250 ml Wasser.

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis für diese Mischung ist 0,88.

Die Zement-Grundmischung der Beispiele DB-I bis DB-6 bestand aus folgendem:

376 g Zement» 125 g Flugasche» 1450 g Sand» 254 ml Wasser.

809811/0825

Das Zement/Puzzolan-Verh&ltnis dieser Probenmiechung ist 2,33.

Die folgende Mischung wurde als Zement-Kontrollmischung in den Testproben DC-I bis DC-4 verwendett

564 g Zement»

50 g Flugasche» 1343 g Sand, 260 ml Wasser.

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis dieser Probe ist 8»74.

Schließlich wurden Testproben DD-I bis DD-4 auf der Grundlage der folgenden Kontrollmischung hergestellt:

564 g Zement» 250 g Flugasche» 1115 g Sand» 270 ml Hasser.

Diese Mischung hatte ein Zement/Puzzolan-Verhältnis von 1,75.

Wieder wurden die Testproben nach der in Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt und getestet. Die Ergeb-

809811/0825

nisse und die übrigen Bestandteile in jeder Testprobe sind in Tabelle V zusammengefaßt.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Vorteile der Erfindung in der DA-Testserie erreicht wurden» worin die Bestandteile erfindungsgemäß proportioniert wurden. Für die Testserien DB und DC wurden beträchtliche Steigerungen der Frühzeit-Druckfestigkeiten nicht erreicht, und zwar aufgrund des verhältnismäßig niedrigen Anteils an Flugasche in diesen Tests, wie durch die Zement/Puzzolan-Verhältnisse von 2,33 bzw. 8,74 für jede Serie angedeutet. In der Testserie DD wurden beträchtliche Verbesserungen der Druckfestigkeit der Zementmischung nicht erzielt, und zwar aufgrund der großen Menge an in der Zementmischung bereits vorhandenem Zement. Es wurde gefunden, daß die Vorteile der Erfindung erzielt werden, wenn das Verhältnis des Feststoff-Volumens des Zements zum Volumen des Mörtels (Zement, Puzzolan, Hasser, Luft, ionische Bestandteile und Sand) kleiner als etwa 0,19 ist.

809811/0825

TABELLE V

Test- Wasser insges. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Pestig- 28 Tage-Festigpro- (cm3/1000 cm3 mm (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Wurfeis keit d.Würfels be Mischung) Zoll) (_gj kg/cm² (psi) kg/cm² (psi)

325.5 (4630) 523 (7440)

360.6 (5130) 612,3 (8710) 414,8 (5900) 690,3 (9820) 424 (6030) 741 (10540) 395,8 (5630) 683,3 (9720)

312,8 (4450) 456,2 (6490)

322.7 (4590) 450 (6400) 349,4 (4970) 456,2 (6490)

352.8 (5090) 451,3 (6420) 381 (5420) 492,1 (7000) 367,7 (5230) 492,1 (7000)

644.7 (9170) 711,4 (10120)

667.9 (9500) 722 (10270)

697.8 (9670) 712,1 (10130) 644,7 (9170) 703 (10000)

	DA-I	249,6	23,8	(15)	-	-	1,16
	DA-2	250,1	20,6	(13)	NaCl	⁴,7	1,16
	DA-3	244,3	20,6	(13)	NaCl	11,0	1,16
OO O	DA-4	238,9	23,8	tl5)	NaCl	21,9	1,15
981	DA-5	233,5	23,8	(15)	NaCl	31,4	1,15
·>» Q	DB-I	256,8	19,1	(12)	-	-	0,84
00	DB-2	256,5	23,8	(15)	NaCl	0,2	0,84
cn	DB-3	251,9	19,1	(12)	NaCl	2,3	0,84
	DB-4	249,6	17,5	(U)	NaCl	4,6	0,85
	DB-5	241,3	19,1	(12)	NaCl	9.1	0,86
	DB-6	232,8	17,5	(ID	NaCl	17,9	0,87
	DC-I	263,2	22,2	(14)	-	-	0,98
	DC-2	256,8	22,2	(14)	NaCl	3,3	0,99
	DC-3	249,8	20,6	(13)	NaCl		1,00
	DC-4	245,1	20,6	(13)	NaCl	14,2	1,00

28 Tage-Festig- keit gegen Kontrolle

1,00 1,17 1,32 1,42 1,31

1,00 0,99 1,00 0,99 1,08 1,08

1,00 1,02 1,00 0,99

«λ

1S3

O OO N) OI

TABELLE V (Fortsetzung)

28 Tage-Test- Wasser insges. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festig- 28 Tage-Festig-Festigkeit probe (cm3/1000 cm3 mm (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Würfels keit d.Würfels gegen

Mischung) Zoll) £gj kg/cm² (psi) kg/cm² (p₃j) Kontrolle

DD-I DD-2 DD-3 DD-4

273,2	22,	2	(14)	-	-	3	1,39
267,8	22,	2	(14)	NaCl	3,	5	1,39
265,1	22,	2	(14)	NaCl	9,	3	1,39
260,8	20,	6	(13)	NaCl	14,	1,39

592 (8420) 773,3 (11000) 1,00

617,9 (8790) 774,7 (11020) 1,00

653,1 (9290) 821,8 (11690) 1,06

636_f9 (9060) 799,3 (11370) 1,03

Beispiel 6t

Um zu zeigen, daß die Vorteile der Erfindung aufgrund der Wechselwirkung des Puzzolanmaterials und der ionischen Bestandteile erzielt werden» wurden Zementmischungen hergestellt, in denen das Puzzolanmaterial durch Granitstaub, einem inerten Material mit feiner Teilchengröße,ersetzt war. Die in diesen Testproben (EA-I bis EA-5) verwendete Zement-Kontrollmischung enthielt folgendes:

376 g Zement,

250 g Granitstaub, der durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm (200 mesh) ging,

1240 g Sand, 270 ml Wasser.

Das Verhältnis von Zement zu feinem Granitstaub auf Trockenvolumenbasis beträgt 1,22.

Zum Herstellen und Testen der Testproben wurde die in Beispiel 2 beschriebene Arbeitsweise befolgt. Die übrigen Bestandteile in jeder Testprobe und die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle VI zusammengefaßt.

809811/0825

O IO OO

TABELLE VI

28 Tage-Test- Wasser insges. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Pestig- 28 Tage-Pestig-Festigkeit pro- (cmVlOOO ση3 nun (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Würfels keit d.Würfels gegen be Mischung) Zoll) (g) kg/cm² (psi) kg/cm² (psi) Kontrolle

EA-I EA-2 EA-3 EA-4 EA-5

270,4 264,4 261,7 261,0 252,3

25,4 (16)

23,8 (15)

22,2 (14)

31,8 (20)

25,4 (16)

NaCl 3,6

NaCl 8,0

NaCl 16,6

NaCl 23,8

1,14 227 (3230) 323,4 (4600) 1,00

1,14 247,5 (3520) 319,2 (4540) 0,987

1,14 269,2 (3830) 326,2 (4640) 1,009

1,14 252,4 (3590) 315,6 (4490) 0,976

1,16 243,9 (3470) 316,4 (4500) 0,978

Diese Testergebnisse zeigen, daß die Gegenwart ionischer Bestandteile, die die Prühzeit-Festigkeit puzzolanreicher Zementmischungen wirksam erhöhen, für den gleichen Zweck in Zementmischungen mit hohem Gehalt an feinem inertem Material ohne Einfluß ist·

Beispiel 7t

Eine Reihe von Tests wurde durchgeführt, um zu zeigen, daß die Erfindung auf Zementmischungen anwendbar ist, die verschiedene Arten von Portland-Zement enthalten.

In den Testproben FA-I bis FA-3 enthielten die Zement-Kontrollmischungen die folgenden Bestandteile:

188 g eines Portland-Zements des Typs II, 500 g Flugasche, 1250 g Sand, 253 ml Wasser.

In den Tests FB-I bis FB-3 wurde die gleiche Kontrollmischung eingesetzt, mit der Ausnahme, daß der verwendete Zement Portland-Zement vom Typ III war. Das Zement/Puzzolan-Verhältnis in jeder Kontrollprobe für die Testserien FA und FB betrug 0,29.

809811/0825

Wieder wurden die Testproben nach der in Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt und getestet. Die übrigen Bestandteile in jeder Testprobe und die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle VII zusammengefaßt. Die Tests zeigen» daß ausgezeichnete Ergebnisse mit den erfindungsgemaßen Zementmischungen unabhängig von der Art des verwendeten Zements erzielt werden.

Beispiel 8:

Zweck dieser Testserie war es, zu zeigen, daß die Erfindung auf Zementmischungen wie jene anwendbar ist, die sur Herstellung vorgefertigter Bauteile verwendet werden, die einer Wärme- oder Autoklavenbehandlung zur Beschleunigung der Härtungsgeschwindigkeit unterworfen werden. Die Zusammensetzungen der Testproben sind in Tabelle VIII angegeben. Sofern nicht anders angegeben, wurde in den Proben ein Gemisch von drei Portland-Zementen des Typs I, Bowen-Flugasche und ein 50/50-Gemisch feiner und grober Sande aus Ottawa, Illinois, als Hauptbestandteile verwendet, wie zuvor in Beispiel 1 beschrieben. Es wurde nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Testverfahren gearbeitet, mit der Ausnahme, daß die aus den verschiedenen Testproben hergestellten Würfel im Labor 24 Stunden bei atmosphärischen Bedingungen gehalten

809811/0825

27A01H

und dann 17 Stunden bei einer Nindesttemperatur von 75° C (167° F) gehflrtet wurden. Dann wurde die Druckfestigkeit der Würfel gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle VIII aufgeführt.

Die Testergebnisse zeigen, daß die Erfindung auf Zementmischungen Anwendung finden kann, die der beschleunigten Härtung durch Erwärmen unterworfen werden. Wieder verbesserte die Gegenwart der ionischen Bestandteile die Frühzeit-Druckfestigkeitseigenschaften dieser Zementmischungen.

80981 1/0825

TABELLE VII

Test-Wasser insges. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festig- 28 Tage-Pestig- 28 Tage-Festigpro- (cmS/lOOO cm³ rom (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Wurfeis keit d.Wurfeis keit gegen

be

PA-I

^PA"²

PA-3

Mischung)

232,5

220,0
213,8

Zoll)

NaCl
NaCl

(g)

16,6
33,3

kg/cm2 (psi) kg/cm² (psi) Kontrolle

1,12 1,11 1,12

930
2550
2270

1790
5040
5640

1,00

2,82

3,15

FB-2 PB-3

238,4

232,8 226,9

NaCl 16,6

NaCl

33,3

1,13 1,15 1,14

1750
3430
3330

2930
6360
6940

1,00 2,17 2,37

TABELLE VIII

Test-Zement Puzzolan Sand Wasser insges. ehem. ehem. Brei/Sand Zement/ Druckfestig- Druckfestigpro- (g) (cm³) (g) (cm³/1000 cm³ Zusatz Zusatz (Vol.) Puzzolan keit kelt gegen

(Vol.) kg/cm² (psi) Kontrolle

	be	188	102,46	1475	Mischung)	-	(g)	0,79
	GA-I	188	102,46	1475	248	NaCl	-	0,79
	GA-2	188	225,41	1222	232	-	16,6	1,23
OO CO	GB-I	188	225,41	1222	243	NaCl	-	1,24
OO	GB-2	376 376	135,24 135,24	1240 1240	222	NaCl	36,6	1,16 1,15
/0825	GC-2	188*	204,92	1250	250 239	-	21,9	1,12
	GD-I	188	204,92	1250	233	NaCl	-	1,11
	GD-2	188**	204,92	1250	221	-	16,6	1,13
	GE-I	188	204,92	1250	238	NaCl	-	1,15
	GE-2	188	163,84	***1290	227	-	16,6	1,07
	GF-I	188	163,84	1290	251	NaCl	-	1,07
	GF-2			238	29,5

0,58 203,9 (2900)

0,58 316,4 (4500)

0,27 293,9 (4180)

0,27 584,2 (8310)

0,29 358,5 (5100)

0,29 502,6 (7150)

0,36 277,7 (3950)

0,36 425,3 (6050)

0,88 462,6 (6580) 1,00

0,88 724,8 (10310) 1,57

0,29 228,5 (3250) 1,00

0,29 425,3 (6050) 1,86

TABELLE VIII (Fortsetzung)

Test-Zement Puzzolan Sand Wasser insges. ehem. ehem. Brei/Sand Zement/ Druckfestigpro- (g) (cm3) (g) (cm^/lOOO cm³ Zusatz Zusatz (Vol.) Puzzolan keit
be Mischung) (g)

	GG-I	188	204	,92	1250	234	-	-	8 9	1,13
80981	GG-2 GG-3	188 188	204 204	,92 ,92	1250 1250	229 215	NaCl KCl	17, 23,		1,13 1,13
CD	GH-I	188	204	,92	1250	238	-	-	7	1,13
OO ro	GH-2	188	204	,92	1250	198 N	a₂S0₄.l0H₂0	51,	2	1,14
	GH-3	188	204	♦ 92	1250	222	NaNO₂	22,	7	1,14
	GI-I	188	204	,92	1250	231	NaCl	10,	3	1,13
	GI-2	188	204	,92	1250	229	CaCl₂	11,	1,13

Druckfestig-

keit gegen

(Vol.) kg/cm² (psi) Kontrolle

+ ♦

0,29 276,3 (3930) 0,29 515,3 (7330) 0,29 453,4 (6450)

0,29 290,3 (4130) 0,29 336 (4780) 0,29 435,9 (6200)

0,29 434,5 (6180) 0,29 438 (6230)

In den Proben GD-I und GD-2 wurde ein Portland-Zement des Typs II verwendet. In den Proben GE-I und GE-2 wurde ein Portland-Zement des Typs III verwendet.

Das in den Proben GF-I und GF-2 verwendete Puzzolanmaterial war ein natürlicher Puzzolan der Oregon P.C. Co.

CD

274011A

Beispiele 9:

Tests wurden durchgeführt, um zu zeigen, daß die Vorteile der Erfindung erzielt werden, wenn die Ionen in Form von Seewasser zugeführt werden. Die Zusammensetzung der Testproben ist in Tabelle IX aufgeführt.Sofern nicht anders angegeben, verwendeten alle Proben ein Gemisch von drei Portland-Zementen des Typs I, Bowen-Flugasche und ein 50/50-Gemisch feiner und grober Sande aus Ottawa, Illinois. Die Testproben wurden nach der in Beispiel 2 ausgeführten Arbeitsweise hergestellt und getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle IX zusammengefaßt.

Die Testergebnisse zeigen, daß die Verwändung von Seewasser in puzzolanreichen Zementmischungen die Frühzeit-Festigkeit des Produkts betrachtlich erhöht.

80981 1 /0825

TABELLE IX

Test-Zement Puzzolan Sand Art des Wasser- Brei/Sand Zement/ 7 Tage-Pestig- 28 Tage-Festig-28 Tagepro- (g) (cm3) (g) Wassers menge (Vol.) Puzzolan keit d.Würfels keit d.Würfels Festigk. be (Vol.) kg/cm² (psi) kg/cm² (pai) geg.Kontr.

HA-I 188 102_r46 1475 Leitungs- 248

wasser HA-2 188 102,46 1475 Seewasser 240

0,79

0,58 0,58

80,8 (1150) 176,5 (2510) 1,00 125,8 (1790) 277 (3940) 1,57

HB-I 188 143,44 1380 Leitungs- 237

wasser

HB-2 188 143,44 1380 Seewasser 230

0,90

0,89

0,42 98,4 (1400) 189,8 (2700)

0,42 165,2 (2350) 360,6 (5130) 1,90

HC-I 188 184,43 1380 Leitungs- 235

wasser HC-2 188 184,43 1380 Seewasser 235

HD-I 188 183,96 1260 Leitungs- 261

wasser HD-2 188 183,96 1260 Seewasser 255

1,05 0,92

1,11

0,32 106,9 (1520) 202,5 (2880) 1,00

0,32 181,4 (2580) 388,8 (5530) 1,92

0,32 100,5 (1430) 181,4 (2580) 1,00

0,32 156,8 (2230) 287,5 (4090) 1,59

HE-I 188 163,84 1290 Leitungs- 251

wasser HE-2 188 163,84 1290 Seewasser 252

„♦♦♦.

HF-I 188 204,92 1250 Leitungs- 233

wasser HF-2 188 204,92 1250 Seewasser 235

1,08

1,12 1,12

0,36 104 (1480) 220,7 (3140) 0,36 179,3 (2550) 295,3 (4200)

65,4 ( 930) 125,8 (1790) 0,29 123 (1750) 271,4 (3860)

TABELLE IX (Fortsetzung)

28 Tage-

Test-Zement Puzzolan Sand Art des Wasser- Brei/Sand Zement/ 7 Tage-Festig- 28 Tage-Festig-Festigk. pro- (g) (cm³) (g) Wassers menge (Vol.) Puzzolan keit d.Würfele keit d.Würfels gegen be| (VoI.) kg/cm² (psl) kg/an² (psl) Kontrolle

HG-I HG-2 188

HH-I

S HH-2

oo HH-3

-* HH-4 ο

CO fsj

HH-5

564 564 564 564 564

204,92 1250 Leitungs- 238

wasser

204,92 1250 Seewasser 227

1400 Leitungs- 260

wasser

1400 Seewasser 251

20,49 1343 Seewasser 257

61,48 1240 Seewasser 256

102,46 1115 Seewasser 268

1,13 1,13

0,93

0,29 0,29

	95	·"
°f	99	8,74
1,	14	2,91
1	40	1,75

123 (1750) 206 (2930) 1,00

201.8 (2870) 357_r8 (5090) 1,74

529,4 (7530) 700,2 (9960) 1,00

558 (7940) 691,8 (9840) 0,99

610.9 (8690) 739,6 (10520) 1,06 667,9 (9500) 796,5 (11330) 1,14 599,7 (8530) 808,5 (11500) 1,16

♦ ♦♦

♦ ♦♦♦

Das in den Proben HD-I und HD-2 verwendete Puzzolanmaterial war eine New York-Flugasche.

Das in den Proben HE-I und HE-2 verwendete Puzzolanmaterial war ein natürlicher Puzzolan der Oregon P.C. Co.

In den Proben HF-I und HF-2 wurde ein Portland-Zement des Typs II verwendet. In den Proben HG-I und HG-2 wurde ein Portland-Zement des Typs III verwendet.

27A01U

Beispiel 10;

Um die wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung zu demonstrieren, wurde eine Testreihe durchgeführt, in der die relativen Kosten typischer, handelsüblicher Zementmischungen ohne Puzzolanmaterial (Tests IA-I bis IA-5), puzzolanhaltiger Zementmischungen, wie sie derzeit in der Industrie verwendet werden (Testproben IB-I bis IB-4), Zementmischungen mit hohem Anteil an Puzzolan (Testproben IC-I bis IC-4) und Zementmischungen mit hohem Anteil an Puzzolan und Natriumchlorid in einer Menge entsprechend 6,65 Gewichtsprozent des Puzzolanmaterials (Testproben ID-I bis ID-8) verglichen wurden. Die Testmischungen verwendeten Zement mit einem Gemisch von drei Portland-Zementen des Typs I, Bowen-Plugasche und ein 50/50-Gemisch feiner und grober Sande aus Ottawa, Illinois.

Die Zusammensetzung dieser Testproben ist in Tabelle X aufgeführt. Testproben wurden nach der in Beispiel 2 angegebenen Arbeitsweise hergestellt und getestet, und die Ergebnisse dieser Tests sind ebenfalls in Tabelle X aufgeführt. Die Kosten des zementartigen Materials pro 0,9144 m (yard) Beton wurden bezogen auf Zementkosten von 1,80 Dollar pro 100 lbs. und Puzzolankosten von 0,50 Dollar pro 100 lbs.

809811/0825

" ⁶⁰ " 27A01H

Die Zeichnung ist eine graphische Darstellung dieser Testergehnisse für die Testserien IA, IB und ID und gibt die Beziehung zwischen der Menge des Zements in einer Zementmischung gegen die 28 Tage-Festigkeit dieser Mischung an. Die Zeichnung zeigt, daß für eine gegebene Menge Zement die Festigkeit durch Zusatz von Puzzolan bis zur normalerweise in handelsüblichen Zementmischungen verwendeten Menge verbessert werden kann. Jedoch sinkt, wie durch die IC-Testserie angedeutet, die Frühzeit-Festigkeit der Zementmischung, wenn zusätzlicher Puzzolan ohne Verwendung ionischer Bestandteile, wie dies erfindungsgemäß geschieht, zugesetzt wird. So wird jeder wirtschaftliche Vorteil, der mit der Verwendung von Puzzolanmaterial über die normale Menge hinaus verbunden ist, durch eine Verminderung der Baueigenschaften zunichte gemacht.

Wie in der Zeichnung angegeben, werden beträchtliche wirtschaftliche Vorteile erzielt, wenn überschüssiges Puzzolanmaterial zusammen mit den geeigneten Mengen an Ionen verwendet wird, die die Puzzolanreaktion beschleunigen. Erfindungsgemäfl hergestellte Zementmischungen sind beträchtlich weniger kostspielig pro Volumeneinheit als im Handel erhältliche Zementmischungen mit gleichwertiger Druckfestigkeit.

809811/0825

TABELLE X

- Konsistenz Brei/ Zement/ 7 Tage-Fe- 28 Tage-Fe- Ko-

Test-Rein- Puzzo- Sand cm Hohl- mm (16tel Sand Puzzolan stigk.d. etigk. des stan pro- zement lan (g) Wasser räume Zoll) (Vol.) (Vol.) Würfels Würfels (Dollar

be (g)

IA-I 289,5 IA-2 462,7 IA-3 643,9 IA-4 842,7 IA-5 1033,6

(g)

netto netto

kg/cm^psi) kg/cm2(psi)

1380 336,7 365,3 22,2 (14) 0,84

1380 300,3 332,6 19,1 (12) 0,92

1260 292,6 323,2 19,1 (12) 1,12

1030 311,8 339,4 19,1 (12) 1,54

800 339,9 365,5 22,2 (14) 2,26

° ^IB"1 285,0 126,3 1400 303,2 315,6 20,6 (13) 0,84

cn IB-2 472,7 125,7 1280 291,7 305,2 23.8 (15) 1,03

IB-3 664,8 126,3 1090 303,1 315,3 22,.2 (14) 1,37

IB-4 844,1 124,7 880 324,3 344,5 23,8 (15) 1,97

IC-I 92,0 645,8 1140 255,4 278,7 20,6 (13) 1,34

IC-2 276,9 471,3 1140 272,0 290,1 23,8 (15) 1,33

IC-3 468,6 279,2 1140 286,1 301,4 22,2 (14) 1,30

IC-4 667,2 81,1 1140 291,0 312,0 23,8 (15) 1,26

91,4 (1300) 139,9 (1890) 5,21

322 (4580) 489,3 (6960) 8,33

632,7 (9000) 828,8(11790)11,59

790,9(11250) 989,8(14080)15,17 878,8(12500)1063 (15120)18,60

1,75 133,6 (1900) 227,8 (3240) 5,76

2,91 421,8 (6000) 620 (8820) 9,14

4,08 650,3 (9250) 843,6(12000)12,60

5,24 790,9(11250) 971,5(13820)15,81

0,11 35,2 (500) 59,8 (850) 4,89

0,46 172,2 (2450) 291 (4140) 7,34

-F-1,30 428,8 (6100) 628,5 (8940) 9,83

6,37 667,9 (9500) 845,7(12030)12,42 -^

TABELLE X (Fortsetzung)

Test-Rein- Puzzopro- zement lan be (g) (g)

₃ Konsistenz Brei/

Sand cm Hohl- mm (16tel Sand

(g) Wasser räume Zoll) (Vol.) netto netto

Zement/ 7 Tage-Fe- 28 Tage-Fe- Ko-Puzzolan stigk.d. stigk. des sten (Vol.) Würfels Würfels (Dollar) kg/cm²(psi) kg/cm²(psi)

ID-I

92,7

651,1

1140

235,8

272

.5

22,2

(14)

1,32

0,11

97

(1380)

ID-2

277,4

472,2

1140

246,9

288

.7

25,4

(16)

1,33

0,46

291,7

(4150)

ID-3

469,2

279,6

1140

268,6

300

.4

20,6

(13)

1,29

1,23

527,3

(7500)

ID-4

664,5

80,8

1140

285,8

314

,8

20,6

(13)

1,27

6,37

685,4

(9750)

ID-5

275_rl

501,4

1100

259,0

296

,1

22,2

(14)

1,43

0,42

290,3

(4130)

ID-6

468,6

367,9

1020

278,2

31O₁

,8

23,8

(15)

1,57

0,99

471

(6700)

ID-7

670,1

227,1

950

298,0

323₍

,5

20,6

(13)

1,70

2,29

667,9

(9500)

ID-8

868,3

80,0

880

321,3

345,

,5

23,8

(15)

1,89

8,41

790,9

(11250)

225 (3200) 4,93 571,5 (8130) 7,35 729 (10370) 9,85 817,6(11630)12,36 562,4 (8000) 7,46 764,9(10880)10,27 852,7(12130)13,20 940,6(13380)16,03

27A01U

Die die erfindungsgemäBe Zementmischung darstellende Linie schneidet die normale Puzzolan-Zementmischungen entsprechende Linie an dem Punkt, wo das Verhältnis des Feststoff-Volumens des Zements zum Volumen des Mörtels etwa 0,19 ist.

Beispiel 11:

Tests wurden durchgeführt, um den Einfluß der Verwendung von Kaliumbromid als Quelle der ionischen Bestandteile in Zementmischungen gemäß der Erfindung zu demonstrieren. Die in jedem der Tests HA-I bis HA-3 verwendete Zement-Kontrollzusammensetzung ist wie folgt:

188 g Zement des Typs I, 550 g Flugasche, 1170 g Waugh-Sand, 247 ml Wasser.

Jede der in dieser Testserie verwendeten Proben hat ein Zement/Puzzolan-Verhältnis von 0,26 und ein Brei/Sand-Verhältnis von 1,26.

809811/0825

-64- 27401U

Wie in Tabelle XI angegeben, enthielt die Probe HA-I 22,0 g Natriumchlorid oder etwa 4 Gewichtsprozent Flugasche. Anders ausgedrückt enthielt die Probe HA-I 1,6 Prozent Natriumionen und 2,4 Prozent Chlorionen, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Flugasche. In der Probe HA-2 und HA-3 wurden ausreichende Mengen Kaliumbromid bzw. Kaliumiodid zugesetzt, um Ionen in einem Äquivalentgewicht zu den in der Probe HA-I vorhandenen Natrium- und Chloridionen zuzuführen.

Die zuvor im Zusammenhang mit Proben HA-1 bis HA-3 angegebenen Testverfahren wurden befolgt, mit der Ausnahme, daß die Druckfestigkeit nach 33 anstelle von 28 Tagen gemessen wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle XI wiedergegeben. Diese Ergebnisse besagen, daß die Zementmischungen gemäß der Erfindung unter Verwendung von Kaliumbromid Festigkeitseigenschaften zeigen, die wenigstens ebensogut, wenn nicht besser als die bei Verwendung von Natriumchlorid sind. Doch wurde nicht das selbe Ausmaß der Verbesserung der Festigkeit erzielt, wenn Kaliumiodid verwendet wurde.

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TABELLE XI

Test-Wasser insges. Konsistenz pro- (cm^/1000 cm^ mm (16tel be Mischung) Zoll)

00 O	HA-I	241
CO 00	HA-2	234
-	HA-3	232
O
00
Ni
cn

ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festigkeit Zusatz Zusatz (Vol.) des Würfels

(g) kg/cm² (psi)

33 Tage-Festigkeit

de« Würfels

kg/cm² (psi)

28,	6	(18)	NaCl	22,	0	1,	26	249,	6	(3550)	506,	2	(7200)	I O\
25,	4	(16)	KBr	44,	7	1,	26	256,	6	(3650)	509,	7	(7250)	Ul I
25,	4	(16)	KI	62,	4	1,	26	175,	8	(2500)	323,	4	(4600)

Leerseite

Claims

Dr. D.Thomsen P ATE NTAN WALTS B ü RO

W. Weinkauff

O Telefon _VG89) 3J0211

** 530212

Cable address J ""·' Λ η ι Q 1 1 /

Telex 524303 xpert d fc ' " ^w ' · *·

PATENTANWÄLTE

München: Frankfurt/M.:

Dr. rer. nat. D. Thomsen Dlpl.-Ing. W. Weinkauff

(Fuchshohl 71)

Dresdner Bank AQ. München, Konto S 574 237

8000 München Kaiser-Ludwig-Platze 6. September 1977

Raymond C. Turpin jun. Atlanta, Georgia, USA

Puzzolan-Zementmischungen Patentansprüche

l Zementmischungen, enthaltend Zement, ein Puzzolanmaterial, feinen Zuschlag, Wasser und wenigstens einen Alkalimetall-Bestandteil aus der Gruppe der Natrium- und Kaliumionen, mit einem Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zu dem Puzzolanmaterial im Bereich von etwa 0,05 bis 2,0, einem Verhältnis des Volumens der Breimasse zum Fest-

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ORIGINAL INSPECTED

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stoff-Volumen des Sandes Im Bereich von etwa 0,75 bis 1,5, einem Verhältnis des Peststoff-Volumens des Zements zu dem Volumen des Mörtels von weniger als etwa 0,19 und mit einem Gehalt des Alkalimetall-Bestandteils bis zu etwa 4,0 Gewichtsprozent» ausgedrückt als Aquivalentgewicht an Natriumionen, in dem Puzzolanmaterial.
2. Zementmischungen nach Anspruch 1, worin das Puzzolanmaterial Flugasche ist.
3. Zementmischungen nach Anspruch 1, worin der Alkalimetall-Bestandteil Natriumionen enthält.
4. Zementmischungen nach Anspruch 1, worin der Alkalimetall-Bestandteil Kaliumionen enthalt.
5. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem weiteren Gehalt von wenigstens einem anionischen Bestandteil aus der Gruppe der Sulfat-, Chlorid-, Bromid- und Nitrit-Ionen, wobei der anionische Bestandteil in einer Menge bis zu etwa 6,0 Gewichtsprozent, ausgedrückt als Aquivalentgewicht der Chloridionen, in dem Puzzolanmaterial vorliegt.
6.Zementmischungen nach einem der vorhergehenden An-

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Sprüche mit einem weiteren Kalkzuschlag in einer Menge von weniger als 4,0 Gewichtsprozent des Puzzolanmaterials.
7. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Alkalimetall-Bestandteil in Form von Seewasser zugeführt ist.
8. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Verhältnis des Volumens der Breimasse zum Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa 1,0 bis 1,4 liegt und der Alkalimetall-Bestandteil in einer Menge im Bereich von etwa 0,2 bis 1,6 Gewichtsprozent vorliegt, ausgedrückt als Aquivalentgewicht der Natriumionen, in dem Puzzolanmaterial.
9. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zum Puzzolanmaterial im Bereich von etwa 0,1 bis 2,0 liegt.
10. Zementmischungen nach Anspruch 1, enthaltend Zement, Flugasche, feinen Zuschlag, Wasser, wenigstens einen Alkalimetall-Bestandteil aus der Gruppe der Natrium- und Kaliumionen und einen anionischen Bestandteil aus der Gruppe der

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Sulfat-, Chlorid-, Bromid- und Nitrit-Ionen, wobei das Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zu Flugasche im Bereich von etwa 0,05 bis 2,0, das Verhältnis des Volumens der Breimasse zu dem Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa 0,75 bis 1,5, das Verhältnis des Feststoff-Volumens des Zements zu dem Volumen des Mörtels kleiner als etwa 0,19 ist, der Alkalimetall-Bestandteil in einer Menge bis zu etwa 4,0 Gewichtsprozent, ausgedrückt als Gewicht der Natriumionen, der Flugasche und der anionische Bestandteil in einer Menge bis zu etwa 6,0 Gewichtsprozent, ausgedrückt als Äquivalentgewicht der Chloridionen, der Flugasche vorhanden ist.
11. Zementmischungen nach Anspruch 10, worin der Alkalimetall-Bestandteil Natriumionen umfaßt.
12. Zementmischungen nach Anspruch 10, worin der Alkalimetall-Bestandteil Kaliumionen umfaßt.
13. Zementmischungen nach Anspruch 10 mit weiterem Kalkzuschlag in einer Menge von weniger als 4,0 Gewichtsprozent des Puzzolanmateriale.
14. Zementmischungen nach Anspruch 10, worin die Alkalimetall- und anionischen Bestandteile in Form von Seewasser

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zugeführt sind.
15. Zementmischungen nach Anspruch 10, worin das Verhältnis des Volumens der Breimasse zu dem Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa 1,0 bis 1,4 Gewichtsprozent liegt, der Alkalimetall-Bestandteil in einer Menge im Bereich von etwa 0,2 bis 1,6 Gewichtsprozent, ausgedrückt als Aquivalentgewicht der Natriumionen, des Puzzolanmaterials und der anionische Bestandteil in einer Menge im Bereich von etwa 0,3 bis 2,4 Gewichtsprozent, ausgedrückt als Aquivalentgewicht der Chloridionen, des Puzzolanmaterials vorliegt.
16. Zementmischungen nach Anspruch 10, worin das Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zu dem Puzzolanmaterial im Bereich von etwa 0,1 bis 2,0 liegt.
17. Zementmischungen nach Anspruch 1, enthaltend Zement, ein Puzzolanmaterial, feinen Zuschlag, Wasser und Calciumchlorid, wobei das Feststoff-Volumenverhältnis des Zements

zu dem Puzzolanmaterial im Bereich von etwa 0,05 bis 2,0, das Verhältnis des Volumens der Breimasse zu dem Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa 0,75 bis 1,5, das

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Verhältnis des Feststoff-Volumens des Zements zu dem Volumen des Mörtels kleiner als etwa 0,19 ist und das Calciumchlorid in einer Menge entsprechend etwa 0,5 bis 4,0 Gewichtsprozent des Puzzolanmaterials vorliegt.
18. Zementmischungen nach Anspruch 17, worin das Puzzolanmaterial Flugasche ist.
19. Zementmischungen nach Anspruch 17 mit einem weiteren Kalkzuschlag in einer Menge von weniger als 4,0 Gewichtsprozent des Puzzolanmaterials.
20. Zementmischungen nach Anspruch 17, worin das Verhältnis des Volumens der Paste zu dem Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa 1,0 bis 1,4 liegt und das Calciumchlorid in einer Menge entsprechend etwa 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent des Puzzolanmacerals vorliegt.
21. Zementmischungen nach Anspruch 17, worin das Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zu dem Puzzolanmaterial im Bereich von etwa 0,1 bis 2,0 liegt.

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