DE2820795C2

DE2820795C2 - Puzzolane, Verfahren zur Herstellung der Puzzolane sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE2820795C2
Application number: DE19782820795
Authority: DE
Inventors: Hans 7805 Bötzingen Hauri
Original assignee: FA HANS G HAURI 7805 BOETZINGEN DE; Fa Hans G Hauri 7805 Boetzingen
Current assignee: FA HANS G HAURI 7805 BOETZINGEN DE
Priority date: 1978-05-12
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE2820795A1

Description

4. Verfahren zur Herstellung einer Puzzolane nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Phonolithgesteinsmehl derart getempert wird, daß sich die spezifische Oberfläche um 8 bis 18 %, vorzugsweise und 12 bis 16% erniedrigt und die Dichte um 10 bis 33%, vorzugsweise um 25 bis 30% erhöht.

5. Verwendung einer Puzzolane nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit mindestens einem anorganischen hydraulischen Bindemittel im Gemenge verwendet wird.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittelgemenge einen Anteil an getempertem Phonolithgesteinsmehl zwischen 40 und 80 Gew.-% aufweist.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge als anorganisches Bindemittel Portlandzement enthält.

8. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge als anorganisches Bindemittel Kalk enthält.

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Die Erfindung betrifft eine Puzzolane, ein Verfahren zur Herstellung der Puzzolane sowie die Verwendung der Puzzolane alkine oder zusammen mit anderen Bindemitteln zur Herstellung von Mörteln, Betonen und anderen Baumaterialien.

Anorganische Bindemittel werden oberbegrifflich unterteilt in Zemente, Kalke und Gipse. Man unterscheidet 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 Puzzolane 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 der Puzzolane 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, Santorin-Erde und die italienischen Puzzolane. Sie bestehen meist aus Verwitterungsprodukten vulkanischer Aufwurfmassen oder porösen Sedimentgesteinen. Von den künstlichen Puzzolanen wird häufig die Flugasche oder ein ähnliches Produkt verwendet.

Die Puzzolane werden meist mit Zement und/oder Kalk gemischt. Gute Puzzolane steigern insbesondere die chemische Widerstandsfähigkeit des Betons erheblich und führen zu einer beachtlichen Senkung der Hydratationswärme. Ferner verhindern sie meist AusblUhungen und werden zu diesem Zweck häufig verwendet.

Aus Kühl »Zement-Chemie« Band 2, VEB-Verlag Technik, Berlin 1958, Seite 50, zweiter Absatz ist bekannt, daß die Reaktionsfähigkeit mancher natürlicher Puzzolane durch Glühen gesteigert werden kann. Natürliche Puzzolane stehen jedoch nicht überall zur Verfugung und das Glühen bei hohen Temperaturen erfordert einen erheblichen technischen und kostenmäßigen Aufwand.

Neben den genannten Puzzolanen ist im Gemisch mit Zement auch schon Phonolith in fein gemahlener Form verwendet worden. Phonolith ist ein natürliches Ergußgestein mit der folgenden mineralogischen und chemischen Zusammensetzung:

Alkalifeldspat Zeolithe Aegirinaugit Wollastonit Calcit

Sonstige

Kieselsäure (SiO₂) Tonerde (Al₂O₃) Eisenoxid (Fe₂O₃) Kalk (CaO) Kohlensäure (CO₂) Chlor (Cl) Schwefeltrioxid (SO₃) Sonstige (Kristallwasser)

	36	bis 44 Gew.-%
	35	bis 44 Gew.-%
	10	bis 15 Gew.-%
	5	bis 10 Gew.-%
	3	bis 8 Gew.-%
	0	bis 5 Gew.-%
	47	bis 52 Gew.-%
	18	bis 22 Gew.-%
	3	bis 5 Gew.-%
	6	bis 9 Gew.-%
	0,4	bis 5 Gew.-%
	0	bis 0,05 Gew.-%
	0	bis 0,2 Gew.-%
	8	bis 11 Gew.-%
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 cm²/g liegen.

Durch gemeinsames Vermählen 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. Phonolith 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, aus einem Phonolithgesteinsmehl eine reaktionsfähige Puzzolane zu schaffen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Puzzolane, erhältlich durch Tempern von Phonolithgesteinsmehl bei 400 bis 600⁰C bis zur Gewichtskonstanz.

Eine erfindungsgemäße Puzzolane weist einen Glühverlust bei 1000⁰C von 3 bis 7 Gew.-% und eine Dichte von 2,56 bis 2,63 g/cm³, vorzugsweise von 2,60 bis 2,62 g/cm³ auf. Sie ist insbesondere durch folgende Kornverteilung des getemperten Phonoliths gekennzeichnet:

Korngröße	Durchgang
(mm)	(Gew.-%)
0,25	100
0,09	80-98
0,063	70-96
0,32	60-80
0,02	40-60

Vorteilhafterweise weist das getemperte Phonolithgesteinsmehl eine Schüttdichte von 0,80 bis 1,00 g/cm³ und eine spezifische Oberfläche von 3200 bis 5500 cm²/g (nach Blaine) auf.

Eine erfindungsgemäße Puzzolane wird hergestellt durch Tempern eines Phonolithgesteinsmehls im Temperaturbereich von 400 bis 600⁰C, vorzugsweise von 450 bis 500⁰C bis zur Gewichtskonstanz. Dabei soll das Phonolithgesteinsmehl erfindungsgemäß derart getempert werden, daß sich die spezifische Oberfläche um 8 bis 18%, vorzugsweise um 12 bis 16% erniedrigt und sich die Dichte um 10 bis 33%, vorzugsweise um 25 bis 30% erhöht.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die neue Puzzolane mit mindestens einem anderen üblichen anorganischen Bindemittel in einem Bindemittelgemenge verwendet wird, wobei auch Gemenge aus getempertem und ungetempertem Phonolithgesteinsmehl verwendet werden können. Vorzugsweise beträgt der Anteil an getempertem Phonolithgesteinsmehl zwischen 40 und 80 Gew.-%. Als anorganisches Bindemittel können der Puzzolane beispielsweise Portlandzement und/oder Kalk zugemischt werden.

Der getemperte Phonolith weist gegenüber natürlichem ungetempertem Phonolith im wesentlichen die gleiche mineralogische und chemische Zusammensetzung auf.

Ein deutliches Unterscheidungsmerkmal ist jedoch der Glühverlust bei 1000⁰C. Er beträgt bei ungetempertem Phonolith 8 bis 11 Gew.-%. Das Tempern des Phonoliths sollte derart durchgeführt werden, daß der Glühverlust zwischen 3 und 7 Gew.-% liegt.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal betrifft die spezifische Oberfläche nach Blaine. Diese sollte um mindestens 8 bis 18 vorzugsweise 12 bis 16 % unter dem Ausgangsblamewert liegen. Beispielsweise wird ein Phonolithmehl mit einem Ausgangsbiainewert von 3000 cmVg 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 ίο 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 500⁰C10 bis 60 Minuten lang durchgeführt wird und das Bindemittel 40 bis 80 Gew.-% des getemperten Phonoliths enthält, is Anhand des folgenden Beispiels wird die Erfindung verdeutlicht.

Beispiel

Ein bei 100⁰C getrocknetes natürliches Phonolithsteinmehl wurde bei folgenden Temperaturen bis zur Gewichtskonstanz getempert:

Temperatur Gew.-Verlust

200	1,09
300	1,12
400	1,96
600	5,45

Der Glühverlust bei 1000⁰C betrug 8,20 Gew.-%.

Um zu prüfen, wie sich die Mineralzusammen^etzung 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 400⁰C konnte keine Änderung der Interferenz beobachtet werden. Erst bei 600 und 800⁰C trat eine Verschiebung des Röntgenpeaks auf und Natrolith konnte nicht mehr nachgewiesen werden. Es trat ferner ein hoher Gewichtsverlust ab 600⁰C auf.

Aus den getemperten Produkten wurden Zementphonolithmischungen nach DIN 1164 hergestellt. Dabei wurden jeweils 70 Gew.-% bei den angegebenen Temperaturen getemperten Phor.olithmehls mit 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	N/mm² nach	28Tg.	Druckfestigkeit	N/mm² nach	28Tg.
	Phonoliths bei			4,12			12,46
45		2Tg.	7Tg.	3,83	2Tg.	7Tg	11,97
	200⁰C	0,88	2,06	4,22	3,34	7,65	13,15
	300⁰C	0,88	2,26	6,28	3,43	7,55	20,60
50	400⁰C	0,98	2,16	3,92	7,75
	600⁰C	1,18	2,94	4,41	11,67

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 200,400⁰C getempert worden sind. Für die Herstellung des Traßmörtels wurden 720 g Phonolithmehl, 180 g Kalkhydrat und 1350 g Normensand bei einem Wasser/Bindemittel-Wert von 0,45 zugrundegelegt. Die Ergebnisse enthält die folgende Tabelle:

Tempern des Phonoliths Biegefestigkeit N/mm² Druckfestigkeit N/mm²

nach 28 Tg. nach 28 Tg.

200⁰C 1,28 3,14

400⁰C 2,65 5,40

Auch aus dieser Tabelle wird ersichtlich, daß die Festigkeit mit getempertem Phonolithmehl deutlich gesteieert werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Puzzolane, erhältlich durch Tempern von Phonolithgesteinsmehl bei 400° bis 600⁰C bis zur Gewichtskonstanz.

2. Puzzolane nach Anspruch 1, erhältlich durch Tempern bei 450° bis 500⁰C.

3. Puzzolane nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch folgende Kornverteilung des getemperten Phonoliths:

Kemgröße Durchgang (mm) (Gew.-%) 0,25 100 0,09 80-98 0,063 70-96 0,32 60-80 0,02 40-60

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