DE2820795A1

DE2820795A1 - Puzzolane, sowie hydraulisches bindemittel, enthaltend die puzzolane

Info

Publication number: DE2820795A1
Application number: DE19782820795
Authority: DE
Inventors: Hans Hauri
Original assignee: SCHOTTERWERK HAURI KG
Current assignee: FA HANS G HAURI 7805 BOETZINGEN DE
Priority date: 1978-05-12
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2820795C2

Description

Puzzolane, sowie hydraulisches Bindemittel,
enthaltend die Puzzolane Die Erfindung betrifft eine Puzzolane, sowie ein hydraulisches Bindemittel, enthaltend mindestens ein anorganisches Bindemittel und mindestens eine Puzzolane. Derartige Bindemittel werden in der Regel zur Herstellung von Mörteln, Betonen und anderen Baumaterialien verwendet.
Anorganische Bindemittel werden oberbegrifflich unterteilt in Zemente, Kalke und Gipse. Manunterscheidet dabei zwischen hydraulischen und nichthydraulischen Bindemitteln. Hydraulische Bindemittel erhärten sowohl an der Luft unter Mitwirkung von Wasser als auch unter Wasser, während nichthydraulische Bindemittel wie z. B.
Weißkalk oder Gips nur an der Luft erhärten.
Puzzolane sind Stoffe natürlicher oder künstlicher Herkunft, die Kieselsäure enthalten, welche schon bei Raumtemperatur in Gegenwart von Kalkhydrat und Wasser Calciumhydrosilikate zu bilden vermögen. Dabei kann die Wirksamkeit vieler Puzzolane jedoch nicht nur von der reaktionsfähigen Kieselsäure allein herrühren, sondern auch von reaktionsfähiger Tonerde unterstützt werden, die in Calciumaluminat übergeht. Die reaktionsfähigen Anteile der Puzzolane bilden mit Calciumhydroxid kolloidale Verbindungen der gleichen Art, wie sie bei der Hydratation von Portlandzement oder Hochofenschlacke entstehen.
Es sind seit langem Gemische aus einem anorganischen Bindemittel und Puzzolanen bekannt, die zur Herstellung von Baumaterialien verwendet werden. Puzzolane im Gemisch mit einem anorganischen Bindemittel bedingen aber nicht immer nur Vorteile. Beispielsweise verläuft die Kalkbindung durch die reaktionsfähigen Bestandteile der Puzzolane in der Regel sehr träge. Sie wird umsomehr beschleunigt, je feiner die reaktionsfähige Kieselsäure verteilt ist.
Die höhere Feinteiligkeit erfordert jedoch meist einen erhöhten Wasserbedarf, beispielsweise in einer Betonmischung, wodurch bekanntlich die Festigkeit und Dichte des Betons gemindert wird, und zwar soweit, daß der durch den Zusatz des Puzzolans erhaltene Gewinn an Festigkeit und Dichte wieder aufgehoben oder sogar ins Gegenteil verkehrt wird.
Die bekanntesten natürlichen Puzzolane, die in feingemahlener Form im Gemisch mit einem anorganischen Bindemittel verwendet werden, sind z. B. Traß, Santorinerde und die italinieschen Puzzolane. Sie bestehen meist aus Verwitterungsprodukten vulkanischer Auswurfmassen oder porösen Sedimentgesteinen. Von den künstlichen Puzzolanen wird häufig die Flugasche oder ein ähnliches Produkt verwendet.
Die Puzzolane werden meist mit Zement und/o<1er Kalk gemischt. Gute Puzzolane steigern insbesondere die chemische Widerstandsfähigkeit des Betons erheblich und führen zu einer beachtlichen Senkung der Hydratationswärme. Ferner verhindern sie meist Ausblühungen und werden zu diesem Zweck häufig verwendet.
Neben den genannten Puzzolanen ist im Gemisch mit Zement auch schon Phonolithin fein gemahlener Form verwendet worden. Phonolith ist eine natürliche Puzzolane mit der folgenden mineralogischen und chemischen Zusammensetzung: Alkalifeldspat 36 bis 44 Gew.-% Zeolithe 35 tl 44 Aegirinaugit 10 " 15 Wollastonit 5 " 10 Calcit a " 8 Sonstige ° " 5 II Kieselsäure (Si02) 47 " 52 Tonerde (A1203) 18 Xl 22 Eisenoxid (Fe203) 3 " 5 " Kalk (CaO) 6 " 9 Kohlensäure (CO ) 0,4" 5 2 Chlor (Cl) 0 bis 0,05 Gew.-% Schwefeltrioxid (S03) 0 " 0,2 Sonstige (Kristallwasser) 8 1 11 im Das Phonolithmehl wird in einer Korngröße von Korngröße Durchgang (mm) (Gew.-%) 0,25 100 0,09 80 0,047 60 0,010 20 verwendet, wobei die Reindichte bei etwa 2,55 g/cm3, die Schüttdichte bei etwa 0,92 kg/dm3 und die spezifische Oberfläche nach Blaine bei etwa 3000 cm /g liegen.
Durch gemeinsames Vermahlen mit Portlandzementklinker und Gipsstein wird ein Mischbinder hergestellt, der als hochhydraulisches Bindemittel verwendbar ist und den Normen entspricht. Insbesondere ist der Mischbinder auch mischbar mit anderen Zementen und verleiht Frischbetonen und Frischmörteln thixotrope Eigenschaften, verbessert deren Pump- und Verdichtungswilligkeit und senkt den Arbeitsaufwand sowie die Gerätekosten. Die natürliche Puzzolane sorgt ferner für erhöhte Wasserdichtigkeit von Festbetonen und Festmörteln, verbessert deren Elastizität sowie die Beständigkeit gegen chemische Angriffe und vermindert die Schwindneigung.
Aufgabe der Erfindung ist, eine reaktionsfähigere Puzzolane zu schaffen, ihren günstigen Einfluß in Gemischen mit Bindemitteln zu steigern und insbesondere dafür zu sorgen, daß die Festigkeit der aus dem Bindemittelgemisch hergestellten Baumaterialien verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine getemperte Puzzolane, insbesondere durch einen getemperten Phonolith gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Bindemitteil, das sich dadurch auszeichnet, daß es einen getemperten Phonolith aufweist. Dabei können zur Herstellung des neuen Bindemittels übliche anorganische Bindemittel und/ oder Bindemittelgemische mit dem getemperten Phonolith gemeinsam vermahlen oder gemischt werden, wobei auch Gemische aus getempertem und ungetemperten Phonolith verwendet werden können.
Der getemperte Phonolith sollte die folgende Kornverteilung aufweisen Korngröße Durchgang (mm) (Gew.-) 0,25 10C 0,09 80-98 0,063 70-96 0,032 n0-80 0,0? k0-60 Es weist gegenüber natürlichem ungetemperten Phonolith im wesentlichen die gleichen mineralogischen und chemischen Zusammensetzungen auf.
Ein deutliches Unterscheidungsmerkmal ist jedoch der Glühverlust bei 10000C. Er beträgt bei ungetempertem Phonolith 8 bis 11 Gew.-%. Das Tempern der Puzzolane sollte derart durchgeführt werden, daß der Glühverlust zwischen 3 bis 7 Gew.-% liegt. Für andere Puzzolane kann sich ergeben, daß deren Reaktionsfähigkeit mit anderen Glühverlustwerten optimal gesteigert werden kann.
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal betrifft die spezifische Oberfläche nach Blaine. Diese sollte um mindestens 8 bis 18 vorzugsweise 12 bis 1o % unter dem Ausgangsblainewert liegen. Beispielsweise wird ein Pho-2 nolithmehl mit einem Ausgangsblainewert von 3000 cm derart bei 5000C getempert, daß sich eine spezifische Oberfläche von etwa 2580 cm²/g ergibt. Die Dichte sollte durch das Tempern erhöht werden um zweckmäßigerweise 10-33 % vorzugsweise um 25 bis 30 %. Durch das Tempern soll somit beispielsweise beim Phonolithmehl mit einer spezifischen Oberfläche von 3000 cm²/g und einer Dichte von 2,545 g/cm3 beim Tempern bei 5000C sich eine Dichte von etwa 2,618 g/cm3 ergeben.
Die Schüttdichte des getemperten Phonoliths soll zwischen 0,8 und 1,00 g/cm3 liegen und die spezifische Oberfläche sich nach den jeweiligen Anforderungen richten.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Temperung des phonoliths im Temperaturbereich von 400 bis 5000C 10 bis 60 Minuten lang durchgeführt wird und das Bindemittel 40 bis 80 Gew.-% des getemperten Phonoliths enthält.
Neben den bekannten günstigen Wirkungen des natürlichen Phonolithsteinmehls bedingt das getemperte Phonolithmehl insbesondere eine deutliche Festigkeitssteigerung. Dabei war gerade dieses Ergebnis nicht zu erwarten. Denn die Temperung eines natürlichen Produkts führt in der Regel zum Aufschluß der Komponenten und damit zur Erhöhung der Feinteiligkeit und Reaktionsfähigkeit. Sehr reaktionsfähige und feinteilige Puzzolane aber erfordern -wie oben ausgeführt - höhere Wassermengen, was in der Regel eine Erniedrigung der Festigkeiten bedingt. Demgegenüber war überraschend, daß das Tempern des Phonoliths keine Nachteile, sondern vielmehr einen beachtlichen Vorteil hinsichtlich der Festigkeitssteigerung bringt.
Anhand dts folgenden Beispiels wird die Erfindung verdeutlicht.
Beispiel Ein bei 1000 C getrocknetes natürliches Phonolithsteinmehl wurde bei folgenden Temperaturen bis zur Gewichtskonstanz getempert: Temperatur Gew.-Verlust cc 200 1,09 300 1,12 400 1,96 600 5,45 800 5,79 Der Glühverlust bei 10000 C betrug 8,20 Gew.-%.
Um zu prüfen, wie sich die Mineralzusammensetzung bei der gewählten Temperatur ändert, wurden entsprechende Untersuchungen mittels Röntgenbeugung durchgeführt. Folgende Minerale konnten qualitativ im Ausgangsmaterial festgestellt werden: Sanidin, Nephelin, Augit und Natrolith sowie Spuren von Calcit. Bei 200 und 400 ° C konnte keine Änderung der Interferenz beobachtet werden. Erst bei 600 und 8000 C trat eine Verschiebung des Röntgenpeaks auf und Natrolith konnte nicht mehr nachgewiesen werden. Es trat ferner ein hoher Gewichtsverlust ab 6000 C auf.
Aus den getemperten Produkten wurden Zementphonolithmischungen nach DIN 1164 hergestellt. Dabei wurden jeweils 70 Gew.-% eines bei den angegebenen Temperaturen getemperten Phonolithmehlsmit 30 Gew.-% PZ 350 F versetzt. Die Prüfung wurde entsprechend DIN 1164, Bl. 7, durchgeführt und die Festigkeit nach 2, 7 und 28 Tagen bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt: Tempern des Biegefestigkeit kp/cm2 Druckfestigkeit kp/cm2 Phonoliths nach nach bei 2 Tg. 7 Tg. 28 Tg. 2 Tg. 7 Tg. 28 Tg.
200 0 C 9 21 42 34 78 127 300 ° C 9 23 39 35 77 122 400 0 C 10 22 43 40 79 134 600 ° C 12 30 64 45 119 210 800 0 C 11 26 57 39 106 206 Die Tabelle verdeutlicht, daß sich ein deutlicher Festigkeitsanstieg in Abhängigkeit von der Tempertemperatur ergibt.
Ergänzend zu dem Ergebnis nach DIN 1164 wurde die Festigkeit nach der Traß-Norm bestimmt. Hierfür wurden Phonolithmehle verwendet, welche bei 200, 400 und 8000 C getempert worden sind. Fllr die Herstellung des Traßmörtels wurden 720 g Pho nolithmehl,180 g Kalkhydrat und 1350 g Normensand bei einer.
AJasserSindemittelulsert von 0,45 zugrundegelegt. Die Ergebnasse enthalt die folgende Tabelle: Tempern des Biegefestigkeit kp/cm2 Druckfestigkeit kp/cm2 Phonoliths nach 28 Tg. nach 28 Tg.
bei 200 ° C 13 32 400 ° C 27 55 800 ° C 53 130 Auch aus dieser Tabelle wird ersichtlich, daß die Festigkeit mit getempertem Phonolithmehldeutlich gesteigert werden kann.

Claims

A N S P R U c ii B 14 Hydraulisches Bindemittel, bestehend aus mindestens einem anorganischen Bindemittel und mindestens einer Puzzolane, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß es eine getemperte Puzzolane enthält.
2. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es als Puzzolane ein getempertes Phonolithmehl vorzugsweise mit folgender Kornverteilung enthält: Korngröße Durchgang (mm) (Gew-%) 0,25 100 0,09 98 0,063 96 0,032 80 0,02 60
3. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das getemperte Phonolithmehl eine Dichte von 2,56 bis 2,63, vorzugsweise von 2,60 bis 2,62,und einen Glühverlust von 3 bis 7 Gew.-70 aufweist.
4. Hydraulisches Bindemittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß das getemperte Phonolithmehl eine Schüttdichte von 0,80 bis 1,00 g/cm3 und eine spezifische Oberfläche nach Blaine von 3200 bis 5500 cm²/g aufweist.
5. Hydraulisches Bindemittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß es getempertes Phonolithmehl in Mengen von 40 bis 80 Gew.-% enthält.
6. Hydraulisches Bindemittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß es Portlandzement enthält.
7. Hydraulisches Bindemittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß es Kalk enthält.
8. Puzzolane, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß sie getempert ist.
9. Puzzolane nach Anspruch 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß sie aus einem getemperten Phonolith besteht, der einen Glühverlust bei 1.0000C von 3 bis 7 Gew.-% und eine Dichte von 2,56 bis 2,63 vorzugsweise von 2,60 bis 2,62 aufweiset.
10. Puzzolane nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß sie die folgende Kornverteilung aufweist: Korngröße Durchgang (mm) (Gew.-%) oi25 100 0,Q2 80-98 0,063 70-96 0,032 60-80 0,02 40-60
11. Verfahren zur Herstellung der Puzzolane nach Anspruch 9 und/oder 30, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß ein Phonolithmehl im Temperaturbereich von 400 bis 6000C vorzugsweise von 450 bis 500 ob bis zur Gewichtskonstanz getempert wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer Puzzolane nach Anspruch 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein Puzzolanmehl derart getempert wird, daß sich die spezifische Oberfläche um 8 bis 18,vorzugsweise 12 bis 16 % erniedrigt und die Dichte um 10 bis 33, verzugsweise um 25 bis 30 % erhöht.