DE2916315A1 - Puzzolan-zementmischungen - Google Patents

Description

Beschreibung <

Die Erfindung bezieht sich auf Zementmischungen, enthaltend Zement, ein Puzzolanmaterial, feinen Zuschlag, Luft, Wasser und wenigstens einen Alkalimetall-Bestandteil aus der Gruppe der Natrium-, Kalium- und Lithiumionen und wenigstens einen anionischen Bestandteil, der zur Bildung von Komplexen mit Ferri-Ionen in der Lage ist, in Wasser löslich ist und Calciumsalze bildet, die ebenfalls wasserlöslich sind, wobei der Alkalimetall-Bestandteil in einer Menge von bis zu etwa 4,o Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht der Natriumionen) des Puzzolanmaterials vorhanden ist und der anionische Bestandteil in einer Menge von bis zu etwa 6,0 Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht der Chloridionen) des Puzzolanmaterials vorhanden ist und worin die Zementmischungen a) ein Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zu dem Puzzolanmaterial im Bereich von etwa o,o5 bis 2,o, b) ein Verhältnis des Volumens der Breimasse (Flugasche, Zement, Luft und Wasser) zu dem Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa o,75 bis 2,5 und c) ein Verhältnis des Feststoff-Volumens des Zements zu dem Volumen des Mörtels kleiner als etwa o,19 haben. Die erfindungsgemäßen Zementmischungen sind erheblich weniger kostspielig als die bislang industriell verwendeten Zementmischungen mit gleichwertiger Druckfestigkeit.

909844/0922

Wie ersichtlich, macht die Erfindung Zementmischungen unter Verwendung eines Puzzolanraaterials, 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 großen Menge des preiswerten 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, Traß, Bimsstein, Diatomeenerde, siliciumdioxidhaltige Tonerden und Flugasche, die das feine feste, in den Verbrennungsgasen

909844/0322

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.

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

909844/0922

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 unerwünscht. Es wurden Versuche unternommen, dieses Problem durch Anwendung von Wärme 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 realisieren. Dieses Ergebnis wird durch geeignetes Proportionieren der Bestandteile in den Zementmischungen sowie durch Einbeziehen bestimmter Alkaii-

9098U/0922

- Ίο —

metallionen und außerdem anionischer Bestandteile, die zur Bildung von Komplexen mit Ferri-Ionen in der Lage sind, d.h. Eisenkomplexierungsmittel, in die Mischungen erreicht. Durch Anwendung der geeigneten Mengen an 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-, Kalium- und/oder Lithiumionen beschleunigt offenbar die Puzzolanreaktion und ermöglicht es, größere Mengen Puzzolanmaterial zuzusetzen, und zwar in geeignetem Verhältnis zu den anderen Bestandteilen der Zementmischungen, ohne daß gleichzeitig ein Verlust der frühzeitigen Druckfestigkeit eintritt. Die Eisenkomplexierungsmittel unterstützen die Förderung frühzeitiger Druckfestigkeit durch chemische Bindung von Ferri-Ionen, die normalerweise chemische Reaktionen eingehen wurden, die die Zementbildungsreaktionen, die zur Entwicklung der Druckfestigkeit notwendig sind, inhibieren.

Da diese Vorteile erzielt werden können, wenn die erforderlichen Alkalimetallionen und eisenkomplexierenden Anionen, z.B. in Form von Natriumchlorid vorhanden sind,

909844/0922

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 ware. 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, wenigstens einen Alkalimetall-Bestandteil aus der Gruppe von Natrium-, Kalium- und Lithiumionen und wenigstens einen anionischen Bestandteil, der zur Bildung von Komplexen mit Ferri-Ionen in der Lage ist, in Wasser löslich ist und ein Calciumsalz,das ebenfalls wasserlöslich ist, bildet, wobei der Alkalimetall-Bestandteil in einer Menge bis zu etwa 4,ο Gew.-%(Dezogen auf das Äquivalentgewicht der Natriumionen) des Puzzolanmaterials vorliegt, der anionische Bestandteil in einer Menge bis zu etwa 6,ο Gew.-% (bezogen auf das -S.quivalen.t-

909844/0922

gewicht von Chloridionen) des Puzzolanmaterials vorhanden ist und die Zementmischungen weiterhin den folgenden Angaben entsprechen:

a) Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zum Puzzolanmaterial im Bereich von etwa o,o5 bis 2,o;

b) Verhältnis des Volumens der Breimasse (Flugasche, Zement, Luft und Wasser) zu dem Feststoff-Volumen des Sandes im Bereich von etwa o,75 bis 2,5; und

c) Verhältnis des Feststoff-Volumens des Zements zum Volumen des Mörtels kleiner als etwa o,19.

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 Baueigen schaften. Auch sollen wirtschaftliche Zementmischungen geschaffen werden, die mit Brack- oder Seewasser hergestellt werden können. Ferner sollen Zementmischungen geschaffen werden, die gegenüber Angriff durch Säuren hoch resistent sind.

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

909844/0922

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 Wasser 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

909844/0922

Betonmischungen, die als Schnellstraßen-Grundlage und -Oberflache Verwendung finden. Diese Zementmischungen können zusätzlich verstärkende Elemente anwenden, wie sie herkömmlicherweise auf dem Fachgebiet zur Förderung 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 Portland Zement. 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

909844/0 922

Versuche, die mit der Verwendung großer Mengen an Puzzolanmaterial in Zementmischungen verbundenen wirtschaftlichen Vorteile in die Wirklichkeit umzusetzen, größtenteils 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/Puzzolan-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, Wasser und mitgerissene und eingeschlossene Luft, die in die Zementmischung beim

909844/0922

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 und billig ist und bestimmte erwünschte physikalische Eigenschaften aufweist. Form und Größenverteilung von Flugasche teilchen 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-

909844/0922

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 herkönunlicherweise 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

909844/0922

Grundtypen chemischer Zusätze, wie sie derzeitig eingesetzt werden, sind im ASTM-Standard C 494-71 aufgeführt und werden allgemein nach ihrer Funktion 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, hydroxylierte Carbonsäuren und deren Salze und polymere Zuckerderivate. In neuerer Zeit sind bestimmte chemische Zusatzmittel, die als "Superplastiziermittel" (super platicizer) oder als "Super-Wasserreduziermittel" (super water reducer) bekannt sind, verwendet worden,die hauptsächlich aus Salzen von organischen Sulfonaten vom Typ RSO₃Na, wobei R eine komplexe organische Gruppe bedeutet, bestehen, dabei häufig mit hohem Molekulargewicht, z.B. Melamin, Naphthalin oder Lignin. Eines oder mehrere dieser chemischenZusatzmittel 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 dem ASTM-Standard C-94 aufgeführten Verfahren gemischt.

909844/0922

Während des Aushärtens und Abbindens der Zementmischung hinterlassen Luft und Wasser Leerstellen, die Schwachstellen im ausgehärteten Produkt verursachen. 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 umgekehrte Beziehung besteht. Es wurde nun gefunden, daß diese Hohlräume minimal werden, wenn genügend Puzzolanmaterial einer Zement, Sand, Wasser 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 2,5 und vorzugsweise von etwa 1,0 bis 2,ο 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.

Die Frühzeit-Druckfestigkeit wird weiterhin durch Beschleunigung der Puzzolanreaktion erhöht, d.h. Reaktion zwischen Calciumhydroxid, das während der Hydratation der normalen zementbildenden Komponenten gebildet wird, mit den Silicaten, die in dem Puzzolanmaterial enthalten sind, wobei

909844/0922

weiteres Calciumsilicat gebildet wird. Die Geschwindigkeit dieser Reaktion ist von drei Mechanismen abhängig. Zunächst regelt die Geschwindigkeit der Hydratation des Zements die Geschwindigkeit der Bildung von weiterem Calciumhydroxid, das bei der Puzzolanreaktion benötigt wird. Chemikalien, die die Hydratation von Zement erhöhen, erhöhen daher auch die Puzzolanreaktion, die gleichzeitig stattfindet. Zweitens beherrscht die Geschwindigkeit der Auflösung von Kieselsäure bzw. Siliciumdioxid aus dem Puzzolanmaterial im Reaktionsmedium die Verfügbarkeit der anderen Kieselsäure-Reaktionskomponente. Daher steigern Materialien, die die Auflösung von Kieselsäure anregen, ebenfalls die Geschwindigkeit der Puzzolanreaktion durch Steigerung der Verfügbarkeit von Kieselsäure für die Reaktion mit Calciumhydroxid. Weiterhin wird die Geschwindigkeit der Puzzolanreaktion negativ durch die Bildung von Ferrihydroxidgel beeinflußt, wodurch die Reaktion von Calciumhydroxid und Kieselsäure bzw. Siliciumdioxid verzögert wird. Eisen und Ferro- oder Ferri-Ionen sind Komponenten, die normalerweise in den meisten Puzzolanmaterialien, insbesondere Flugasche, und ebenfalls in den meisten Zementen vorhanden sind. Jedoch ist die mögliche geregelte Freisetzung von Ferro- und Ferri-Ionen vorteilhaft und eliminiert Überschüsse an Hydroxidionen, die während der Hydratation gebildet werden oder aus anderen chemischen Reduzier- oder Beschleunigungsmitteln vorhanden sind, wodurch die Neigung bestehen würde, die Reaktion von Calciumhydroxid mit Kieselsäure bzw. Siliciumdioxid in umgekehrter Richtung zu lenken. Daher wird die

9098U/0922

Puzzolanreaktion durch Materialien beschleunigt/ die anfänglich Ferri-Ionenkomplexe bilden, wobei solche Materialien hier generell als eisenkomplexierende Mittel bezeichnet werden.

Es hat sich herausgestellt, daß zwei von diesen Faktoren, die die Geschwindigkeit der Puzzolanreaktion bestimmen, durch Zugabe von einem oder mehreren anionischen Bestandteilen positiv beeinflußt werden können, wobei diese Bestandteile den folgenden Kriterien genügen:

a) das Anion bildet Ferri-Ionenkomplexe;

b) das Anion ist in Wasser löslich;

c) das Calciumsalz des Anions ist ebenfalls in Wasser löslich.

Während das erste Kriterium aus den zuvor beschriebenen Gründen für die Puzzolanreaktion wesentlich ist, stellen die beiden weiteren Kriterien sicher, daß das Anion in der wäßrigen Umgebung der aushärtenden Zementmischungen zur Verfügung steht und daß dessen Calciumsalz nicht aus der betreffenden Reaktionsumgebung ausfällt oder in anderer Weise physikalisch die Zement- und Puzzolanreaktionen, die statffinden, behindert.

Erfindungsgemäß sind ein Anion und dessen Calciumsalz als wasserlöslich zu betrachten, wenn sie eine Löslichkeit aufweisen, die etwa gleich der Wasserlöslichkeit von Calciumhydroxid und vorzugsweise darüberhinausgehend ist,

909844/0922

Beispiele von Anionen, die diesen drei Erfordernissen genügen und die erfindungsgemäß brauchbar sind, sind Chlorid-/ Bromid-, Nitrit-, Thiocyanat-, Cyanid- und Lactationen. Eines oder mehrere der Anionen dieser Gruppe können bei den erfindungsgemäßen Zementmischungen verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, daß irgendeine meßbare Menge dieser Anionen entsprechende erkennbare Effekte auf die Puzzolanreaktionsgeschwindigkeit und die Frühzeit-Druckfestigkeit der Zementmischung ausübt. Die Zementmischungen können hinreichende Mengen von Chloridionen enthalten, die bis zu etwa 6 Gew.-% des vorhandenen Puzzolanmaterials und vorzugsweise von etwa o,1 bis 2,4 Gew.-% des Puzzolanmaterials ausmachen. In Zementmischungen unter Verwendung von Bromid-, Nitrit-, Thiocyanat-, Cyanid- oder Lactationen sollen diese Ionen in einer Menge vorhanden sein, die gleichen Anteilen von Chloridionen innerhalb der vorstehend angegebenen allgemeinen und bevorzugten Bereiche entsprechen. Bei den Zementmischungen unter Verwendung von Kombinationen der Anionen soll die Gesamtmenge dieser Ionen innerhalb derselben allgemeinen und bevorzugten Bereiche gehalten werden.

Ein Anteil der Chlorid-, Bromid-, Lactat-, Nitrit-, Thiocyanat- oder Cyanidionen kann durch ein oder mehrere Ionen ersetzt oder ergänzt werden, die aus dar Reihe von Sulfat-, Thiosulfat-, Nitrat-, Sulfit- oder Salicylationen ausgewählt sind. Diese Ionen entsprechen nicht vollständig den vorstehend angegebenen drei Kriterien. Sulfat-, Nitrat-, Sulfit- oder Salicylationen sind viel schwächere eisenkomplexierende Mittel

909844/0922

in der alkalischen Reaktionsumgebung von Zement bzw. Beton als die im vorausgegangenen Abschnitt angegebenen Ionen; die Sulfat- und Sulfitionen sind in Wasser viel weniger löslich. Thiosulfat ist nur ein schwaches eisenkomplexierendes Mittel in der alkalischen Reaktionsumgebung von Zementmischungen und es zersetzt sich teilweise in Sulfat, das ungenügend lösliches Calciumsulfat in diesen Mischungen bildet. Obwohl daher diese Ionen bei der Komplexierung von Ferri-Ionen in den Puzzolan-Zementmischungen teilweise wirksam sind, können sie nicht zum vollständigen Ersatz der Chlorid-, Bromid-, Nitrit-, Thiocyanat-, Cyanid- und/oder Lactationen in den erfindungsgemäßen Puzzolan-Zementmischungen verwendet werden. Vorzugsweise sollen die Puzzolan-Zementmischungen immer genügend von den Anionen enthalten, die vollauf den vorstehend genannten Kriterien genügen, z.B. diejenigen aus der Reihe von Chlorid-, Bromid-, Nitrit-, Thiocyanat-, Cyanid- und/oder Lactationen, so daß sie wenigstens etwa o,1 Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht von Chloridionen) des Puzzolanmaterials bilden. Außerdem können eines oder mehrere von diesen Ionen in der Reihe, die aus Thiosulfat-,Nitrat-, Sulfat-, Sulfit- oder Salicylationen bestehen, in einer solchen Menge verwendet werden, daß die Gesamtmenge der vorhandenen Anionen aus beiden Gruppen, d.h. Chlorid, Bromid, Nitrit, Thiocyanat, Cyanid, Lactat, Thiosulfat, Nitrat, Sulfat, Sulfit und Salicylat, in einem Anteil von bis zu etwa 6,0 Gew.-% (bezogen auf das Kquivalentgewicht von Chloridionen) des Puzzolanmaterials vorhanden ist.

909844/0922

Es hat sich herausgestellt, daß die Puzzolanreaktion weiterhin durch Zugabe von genügenden Mengen von wenigstens einem Alkalimetallion aus der Reihe von Natrium-, Kalium- und Lithiumionen beschleunigt werden kann. Offensichtlich beschleunigen diese Ionen die Puzzolanreaktion mithilfe des dritten Faktors, d.h. durch Erhöhung der Wasserlöslichkeit der kieselsäurehaltigen bzw. kieselsaureartigen Bestandteile in dem Puzzolanmaterial, wodurch das Kieselsäurematerial in der Lösung die Möglichkeit zur Reaktion mit überschüssigem Kalk hat, der durch die Hydratation von Zement freigesetzt wird.

Jede meßbare Menge an Natrium-, Kalium- und/oder Lithiumionen 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 Kalium- oder Lithiumionen als Alkaliionen-Bestandteil verwenden, können die Kalium- oder Lithiumionen in Mengen vorhanden sein, die den gleichen Mengen an Natriumionen innerhalb der allgemeinen und bevorzugt genannten Bereiche entsprechen. Auch können Gemische von Natrium-, Kalium- und/oder Lithiumionen verwendet werden, wobei die Gesamtmenge

909844/0922

der Kalium- und/oder Lithiumionen wiederum auf das Äquivalentgewicht an Natriumionen bezogen ist. Werden diese Alkalimetallionen in Mengen über 4,ο Gew.-% zugesetzt, ausgedrückt als Äquivalentgewicht der Natriumionen, bezogen auf das Puzzolanmaterial, werden die vorteilhaften Einflüsse wieder vermindert; dann wird nach dem Verdunsten des Wassers von der Oberfläche die Außenfläche von solchen Zementmischungen durch einen pulvrigweißen Rückstand merklich verfärbt.

Die erfindungsgemäßen Mischungen sind gegenüber dem Angriff durch Säure sehr resistent, insbesondere Schwefelsäure und chemisch entsprechende Säuren, die man in Abwässern vorfindet. Daher sind die erfindung3gemäßen Zementmischungen besonders in solchen Bereichen brauchbar, wo Zementmischungen normalerweise dem Säureangriff unterliegen undschnell beeinträchtigt werden, z.B. bei Abwasserkanalrohren und -leitungen und anderen freiliegenden Betonoberflächen. Maximale Säureresistenz wird erreicht, wenn das Verhältnis des Gewichts von Wasser zum Zementgewicht größer als o,8 ist. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Menge an Zement auf ein Minimum herabsetzt und die Wassermenge auf ein Maximum bringt, d.h. in Übereinstimmung mit den Anforderungen an die Festigkeit des endgültig ausgehärteten Produktes. Da einige Puzzolanmaterialien oder Flugaschetypen Calciumverbindungen oder unübliche Gehalte an Ferri-Ionen haben, wodurch die Säureresistenz beeinträchtigt wird, können diese Faktoren die Grenzverhältnisse von Wasser zu Zement zwecks Erzielung maximaler Säureresistenz verändern.

909844/0 9 22

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele näher erläutert. Es geht zunächst um die folgenden erfindungsgemäßen Puzzolan-Zementmischungen:

Mischung 1:

188 g Zement (Typ I) 5oo g Flugasche

125o g eines 50/50-Gemisches von Sanden aus Ottawa (Illinois) 224 ml Wasser
2o g NaCl (1,57 % Natriumionen und 2,43 % Chloridionen

pro Gewichtsanteil Flugasche) o,29 Zement/Puzzolan-Verhältnis 1,o9 Brei/Sand-Verhältnis o,o6 Vol. Zement/Vol. Mörtel

Mischung 2;

188 g Zement (Typ I) 5oo g Flugasche

125o g eines So/So-Gemisches von Sanden aus Ottawa (Illinois) 217 ml Wasser

1.5 g NaSCN 8,4 g NaNO₃

9.6 g Na₃S₂O₃ (1,1o % Natriumionen und das Äquivalent von

1,27 % Chloridionen pro Gewichtsanteil Flugasche) o,29 Zement/Puzzolan-Verhältnis

1.07 Brei/Sand-Verhältnis 0,06 Vol.Zement/Vol. Mörtel

909844/0922

Mischung 3:

188 g Zement (Typ I)

5oo g Flugasche 125o g eines δο/δο-Gemisches von Sanden aus Ottawa (Illinois) 215 ml Wasser

2,5 g NaSCN 1o,o g NaNO₃

1,o g Na₃SO₄ (o,8 % Natriumionen und das Äquivalent von 1,16 % Chloridionen pro Gewichtsanteil Flugasche)

o,29 Zement/Puzzolan-Verhältnis 1,o7 Brei/Sand-Verhältnis 0,06 Vol.Zement/Vol.Wasser

Mischung 4:

188 g Zement (Typ I)

5oo g Flugasche 125o g eines 5o/5o-Gemisches von Sanden aus Ottawa (Illinois) 2o7 ml Wasser 1,o g Natriumsalicylat

5,ο g NaSCN 1o,o g NaNO₃

3,18 g Na-S₃O₃ (1,o4 % Natriumionen und das Äquivalent von 1,46 % Chloridionen pro Gewichtsanteil Flugasche)

o,29 Zement/Puzzolan-Verhältnis 1,o9 Brei/Sand-Verhältnis o,o6 Vol. Zement/Vol. Mörtel

909844/0922

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. Nachfolgend ist eine typische chemische Analyse 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 verhältnismäßig knapp ist, leichter verfügbar macht.

Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform wurde gefunden, daß die Vorteile der Erfindung ohne Zusatz eines Alkalimetall-Bestandteils erzielt werden können, wenn das Chloridion in Form von Calciumchlorid in einer Menge zuge-

909844/0922

916315

setzt 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 Zementmischung gemäß den beschriebenen Verhältnissen zugesetzt werden. Diese Zementmischungen können Alkalimetallionen, eisenkomplexierende Ionen und andere Anionen in den vorstehend angegebenen Mengen enthalten. Zementmischungen jedoch, in denen das Chloridion mit einem Alkalimetall-Bestandteil zugesetzt ist,zeigen größere 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 in situ 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 erfxndungsgemäßen Zementmischungen zusätzlich von außen zugefügten Kalk in Mengen unter etwa 4,0 Gewichtsprozent des Puzzolanmaterials enthalten.

909844/09 22

Beispiele Beispiel It

Dieses Beispiel demonstriert dieArbeitsweise 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)

909844/0922

Sandes aus Ottawa, Illinois. Zusätzlich zum Ottawa-Sand wurde bei den Tests G-I bis G-3 pond - 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

909844/0922

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-

8098U/Ü922

sammengestellt, 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 \on 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_r35 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

909844/0922

Material am Oberende des Konus unter Verwendung der Kante einer Maurerkelle abgeschlagen, und der Konus wurde langsam über einen 10 Sekunden-Zeitraum entfernt. Der Konus wurde neben die konische Masse des Testprobenmaterials gesetzt^ und der unterschied zwischen der Höhe des Standard-Konus (Originalhöhe der Probe) und der Höhe der Probe nach dem Entfernen des Konus 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

909844/0922

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-Verhältnis 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 2,ο angedeutet.

909844/0922.

TABELLE

Beispiel Zement Puzzolan Sand Wasser insges. (g) (g) (g) (cn^/lOOO cn\3

Mischung)

A-I	188	,8	400	1352	231,4
A-2	188	,7	500	1248	233,4
«OA-3 O <°A-4 OO *·/ ^B-I O CO B-2	188 188 188 188	,4	550 600 250 350	1183 1112 1489 1395	239,4 247,1 247,7 237,4
~B-3	188	,1	450	1293	235,3
B-4	188		550	1188	243,3
C-I	510	-	1373	256,3
C-2	704	-	1227	267,4
C-3	636	-	1286	262,4
C-4	701		1221	271,0
C-5	763	-	1173	276,2

Hohlraum Brei/Sand Zement/Puzzolan 28-Tage-Festigkeit insgesamt (Vol.) (Vol.) eines Würfels % kg/cm2 (psi)

26,	35	o,	96
26,	44	1,	12
27,	06	1,	24
27,	52	1,	38

27,64

0,78

26,	P86	1,	90
26	,82		05
27	,39	o,	23
31	,99	1,	93
31	,24	1,	16
31	/"	1,	06
31	,59	1,	17
31	,58	26

o,	36
o,	29
o,	26
o,	24
0/	58
0/	42
Of	32
o,	26

196,14 (2790)

195,43 (2780)

192,62 (2740)

189,11 (2690)

176.45 (2510) 189,81 (2700)

202.46 (2880) 183,48 (2610)

TABELLE I (Fortsetzung)

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

(g)

(g) (cm³/1000 can³ insgesamt (Vol.) Mischung) %

(Vol.)

eines Würfels kg/cm2 (psi)

	D-I	-	500	1472	204,7	23,95	0,80	-	-	-	I U! -J	CD cn CO
	D-2	-	600	1366	207,7	23,80	0,94	-	-	-	I	cn
«3	D-3	-	650	1312	209,3	24,11	1,02	-	-	-
O £0	D-4	-	700	1256	212,8	24f09	1,11	-		-
ÖQ **· *<·	D-5	376	750	1132	222,0	24,88	1,34	-	-	-
©. CO	E-I	376	230	1352	247,2	27,69	0,96	1,27	558,18	(7940)
PO	E-2	376	290	1286	245,5	27,61	1,06	1,00	559,59	(7960)
	E-3	376	330	1244	248,1	27,57	1,13	0,88	575,76	(8190)
	E~4	564	400	1152	253,1	28,20	1,30	0,73	513,19	(7300)
	F-I	564	50	1352	261,9	28,83	0,96	8,74	747,43	(10632)
	P=2	564 564	100	1305	261,7	29,07	1,03	4,37	809,86	(11520)
	F-3 P-4	564	150 200	1250 1188	264,6 266,4	29,22 29,31	1,12 1,23	2,91 2,18	770,49 798,61	(10960) (11360)
	F-5	250	1113	271,2	29,98	1.38	1,75	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 cm³ insgesamt (Vol.) (Vol.) eines Würfels

Mischung) % kg/cm2 (psi)

	G-I	376	20O +	1243	267,5
(O	G-2	376	250	1196	272,3
0984	G-3	376	300	1138	275,7
■Ρ"	H-I	188	200 + +	1456	281,0
ο CD	Η-2	188	300	1345	273,5
	Η-3	188	400	1173	290,0
	1-1	188	250	1380+++	293,2
	1-2	188	350	1312	271,0
	1-3	188	450	1214	264,4
	1-4	188	550	1125	265,4
	1-5	188	600	1057	269,9

31,63	1,06
31,65	1,14
32,09	1,25
29,40	0,82
28,98	0,97
30,37	1,26
30,56	0,89
29,10	0,99
28,66	1,15
28,73	1,32
29,46	1,47

1,53^

1,22

1,02

0,62 0,41 0,31

0,58

0,42 0,32 0,26

0,24

284,72 (4050)

299,48 (4260)

323,38 (4600)

130,06 (1850)

144,82 (2060)

137,79 (1960)

123,03 (1750)

140,6 (2000)

153,96 (2190)

153,25 (218θξ^

147,63

TABELLE I (Fortsetzung)

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

Mischung) % kg/cm2

J-I	188	29O +	+++ 1380	260,3	28,38	0,92	0,44	170,83	(2430)	I
J-2	188	390	1256	261,5	28,24	1,11	0,32	181,37	(2580)	UJ
J-3 co	188	490	1118	269,4	29,30	1,37	0,26	170,83	(2430)	' I
CD	376	160.	5++ 1345	273,4	29,38	0,97	1,54	407,04	(5790)
-t^K-2	376	230	1256	278,0	29,50	1,11	1,07	436,56	(6210)
to	376	300	1157	284,7	30,07	1,29	0,82	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 0,074mra
(200 mesh) ginq. Das Zement/Puzzolan-Verhältnis für diese Testserie ist tatsächlich das Zement/Fein teil-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

handelsüblich erhältlichen Sandes, unter dem Namen Waugh-Sand aus Montgomery, Alabama, bekannt und eines im Handel erhältlichen Sandes, wie er für Sande aus Atlanta, Georgia, typisch
ist.

++++ Der in diesem Beispiel verwendete Puzzolan bestand aus New York-Flugasche, erhalten von den

Army Corps of Engineers.

- 4ο -

Beispiel 2:

Eine Reihe von Tests wurden durchgeführt, die den Einfluß verschiedeneren 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.

909844/0922

TABELLE II

Test-Wasser insges« Konsistenz chemischer ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festig- 28 Tage-Festigpro- (cm³/1000 cm3 min.(16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Würfels keit d.Würfels be Mischung) Zoll) Cg) kg/cm² (psi) kg/cm² (psi)

AA-I
AA-2

AA-3
CO

O AA-4

» AA-5

233,8 231,0 228,2 223,2 218,5

15,9 (10)

17,5 (11)

17,5 (11)

19,1 (12)

19,1 (12)

NaCl NaCl KCl KCl

1,13 1,13 l_f13 1,12 1,12

107,6 (1530) 203,2 (2890)

203,9 (2900) 371,9 (5290)

(3200) 439,4 (6250)

195,4 (2780) 339,5 (4830)

221,4 (3150) 414,8 (5900)

Tage-Festigkeit gegen Kontrolle

1,00

1,83 2,16

1,67

2,04

AB-I

KJ AB-2

AB-3 AB-4 AB-5

237,7 235,6 227,0 228,9 222,1

19.1 (12) -

22.2 (14) Na₂So₄.10H₂O 25,9 22,2 (14) Na₂So₄-IOH₂O 51,7

22,2 (14) 19,1 (12)

NaNO.

NaNO,

1,13
1,34
1,34
1,12
1,12

108.3 (1540) 187 (2660)

181.4 (2580) 266,4 (3790)
259,4 (3690) 375,4 (5340)
165,9 (2360) 267,8 (3810)
(2560) 304,4 (4330)

1,00 1,42 2,01 1.43

1,63

AC-I
AC-2

AD-I
AD-2

230_f9 228,2

228,9 214,2

19,1 (12) 17,5 (11)

NaCl

18,3 (11,5)

14,3 (9) CaCl.

1,14 94,2 (1340) 207,4 (2950) 1,00

1,12 180 (2560) 397,2 (5650) 1,92

1,11 101,9 (1450) 203,2 (2890) 1,00

1,11 142,7 (2030) 277,7 (3950) 1,37

CT) CO

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 Verwendung dei angegebenen Ionen sowohl die 7 Tage- als auch die 28 Tage-Festigkeit der stark puzzolanhaltigen Zementmischungen verbessern. Jedoch sind über längere Zeiten die Vorteile der Verwendung von Natriumsulfat zweifelhaft. Der Test AD-2 zeigt auch, daß die Frühzeitfestigkeit puzzolanreicher Zementmischungen verbessert werden kann, wenn Calciumchlorid in den Zementmischungen in Abwesenheit 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

909844/0922

aus den folgenden Bestandteilen:

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

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

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

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 gemäß 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.

909844/0922

TABEIlE III

8

Test-Wasser insges. Konsistenz ehem. Zusatz Brei/Sand 7 Tage-Festiqk. 28 Tage-Festig- Festiakeit

pro- (cm3/l000 cn»3 mm (16tel Zusatz (g) (Vol.) des Würfels keit d.Würfels gegen

be Mischung) Zoll) kg/cm^ (psi) kg/cm² (psi) KontrnlIo

to CD	BA-I	247,	,6	22,2	(14)	-	2	-	0,80	80,8	(1150)	176	,5	(2510)	1	,00
CD OS	BA-2	248,	,3	23,8	(15)	NaCl	8	,4	0,80	101r2	(1440)	194	,1	(2770)	1	,10
	BA-3	241	r?	23,8	(15)	NaCl	16	,3	0,80	137,1	(1950)	241	,1	(3430)	1	'3? ,
/0922	. BA-4 BB-I	231 243	,8 ,3	22,2 22,2	(14) (14)	NaCl	5	,6	0,80 1,23	136,4 97,0	(1940) (1380)	317 183	#1 ,5	(4510) (2610)	1 1	,80 J ,00
	BB-2	239	»9	22,2	(14)	NaCl	18	,2	1,23	162,4	(2310)	324	,1	(4610)	1	,77
	BB-3	231	,3	22,2	(14)	NaCl	36	,2	1,22	213,7	(3040)	484	.4	(6890)	2	,64
	BB-4	224	,0	19,1	(12)	NaCl	,6	1,22	217,2	(3090)	532		(7580)	2	,90

Beispiel 4t

Eine Testserie wurde durchgeführt, um zu zeigen, daß

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, Waugh-Sand aus Montgomery, Alabama und typischer Sand aus Atlanta, Georgia,

276 ml Wasser.

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis 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 Sanden aus Ottawa, Illinois,

262 ml Wasser.

9 0 9 8 4 4/0922

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

Schließlich wurde in den Tests 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 Flugasche oder anderem Puzzolanmaterial und feinem Zuschlag enthalten.

909844/0922

TABELLE IV

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

co	CA-I	276,9
O CD	CA-2	264,6
OO -P-
JP-	CB-I	261,5
""**>* O
CD	CB-2	249r6
K> IsJ	CB-3	244,2
	CC-I	250,5
	CC-2	248,0
	CC-3	238,1

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_r4 (4500)

1,11 100,5 (1430) 181,4 (2580)

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

1.12 170,1 (2420) 355 (5050)

104 (1480) 220,7 (3140) 1,10 173,6 (2470) 294,4 (4230) 1,09 182,1 (2590) 326,2 (4640)

1,00

2_f06

1,00 1,90 1,96

1,00 1,35

1,48

Beispiel 5:

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.

9098U/0922

Das Zement/Puzzolan-Verhältnis dieser Probenmischung ist 2,33.

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

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 Wasser.

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-

90 9844/0 922

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, Wasser, Luft, ionische Bestandteile und Sand) kleiner als etwa 0,19 ist.

909844/0922

TABELLE V

28 Tage-Test- Wasser insges. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festig- 28 Tage-Festig- Festigpro- (cm3/1000 cm3 mm (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Würfels keit d.Würfels keit gegen be MischungJ Zoll) (c[) kg/cm² (psi) kg/cm² (psi) Kontrolle

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 (1U120)

667.9 (9500) 722 (10270)

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

	DA-I	249,6	23	|8	(15)	-	4	-	1,16
	DA-2	250,1	20	|6	(13)	NaCl	11		1,16
	DA-3	244,3	20	»6	(13)	NaCl	21	f0	1,16
CO σ	DA-4	238,9	23	,8	(15)	NaCl	31	ι«	1,15
co CO	DA-5	233,5	23	,8	(15)	NaCl			1,15
u/o	DB-I	256,8	19	,1	(12)	-	0	-	0,84
CD	DB-2	256,5	23	,8	(15)	NaCl	2	,2	0,84
ro	DB-3	251,9	19	rl	(12)	NaCl	4	f3	0,84
	DB-4	249,6	17	,5	(11)	NaCl	9	»6	0,85
	DB-5	241,3	19	,1	(12)	NaCl	17	.1	0,86
	DB-6	232,8	17	,5	(H)	NaCl		r9	0,87
	DC-I	263,2	22	,2	(14)	-	3	-	0,98
	DC-2	256,8	22	|2	(14)	NaCl	9	,3	0,99
	DC-3	249,8	20	.6	(13)	NaCl	14	|5	1,00
	DC-4	245.1	20		(13)	NaCl	,2	1,00

1	,00	I Ui	291
1	,1?	I	CD OO
1	,32		cn
1	,42
1	,31
1	,00
0	,99
1	,00
0	,99
1	,08
1	,08
1	,00
1	,02
1	,00
0	,99

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.) keitd.Würfels keit d.Würfels gegen Mischung) Zoll) . (q) kg/cm² (psi) kg/cm² (psi) Kontrolle

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

273,2 267,8 265,1 260,8

22,2 (14)

22,2 (14)

22,2 (14)

20,6 (13)

NaCl

3.3

NaCl 9,5 NaCl 14,3

1,39 592 (8420) 773,3 (11000) 1,00

1,39 617,9 (8790) 774,7 (11020) 1,00

1,39 653,1 (9290) 821,8 (11690) 1,06

1,39 636,9 (9060) 799,3 (11370) 1,03

■K3

CD

cn

Beispiel 6;

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.

909844/0922

TABELLE VI

28 Tage-Test-Wasser inages. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festig- 28 Tage-Festig-Festigkeit pro- (cra³/1000 cm3 mm (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Würfels keit d.Würfels gegen be Mischung) Zoll) [gj kg/cm² (psi) kg/cm² (psi) Kontrolle

227 (3230) 323,4 (4600) l_f00

247_f5 (3520) 319,2 (4540) 0,987

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

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

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

9098	EA-I EA-2	270 264	,4 ,4	25 23	,4 ,8	(16) (15)	NaCl	3,6	1 1	/14 ,14
*«·	EA-3	261	,7	22	,2	(14)	NaCl	8,0	1	,14
O	EA-4	261	,0	31	,8	(20)	NaCl	16,6	1	,14
922	EA-5	252	,3	25	,4	(16)	NaCl	23,8	1	,16

CO CJ)

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

Beispiel 7:

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, 5GO 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.

909844/0922

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 erfindungsgemäßen 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 zur 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

909844/0922

2316315

und dann 17 Stunden bei einer Mindesttemperatur von 75° C (167°F) in Wasser gehärtet 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.

TABELLE VII

Test-Wasser insges. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festig- 28 Tage-Festig- 28 Tage-Festigpro- (cm³/1000 can³ (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) keit d.Würfels keit d.Würfels keit gegen Mischung) Zoll) (g) (psi) (psi) Kontrolle

be

FA-I FA-2 FA-3

FB-I FB-2 FB-3

232,5 220,0 213,8

238,4 232,8 226,9

	16,	6	ι,	12
NaCl	33,	3	1,	11
NaCl	-		If	12
-	16.	6	ι,	13
NaCl	33,	3	Ir	15
NaCl		ι,	14

930 2550 2270

1750 3430 3330

1790	1,00	I
5040	2,82	Ul CO I
5640	3,15
2930	1,00
6360	2,17
6940	2,37

ID

CD CO

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 keit gegen be Mischung) (g) (Vol.) kg/cm² (psi) Kontrolle

GA-I ₁₈₈

GA-2 ₁₈₈

α GB-I ₁₈₈

^GB~² 188

O GC-I

GC-2

376

376

GF-I

188

102,46 1475

102,46 1475

225,41 1222

225,41 1222

135,24 1240

135,24 1240

^GD~¹ 188⁺ 204,92 1250
^GD~² 188 204,92 1250

163,84⁺⁺⁺1290

^GE>1 188 204,92 1250 238

^GE~² 188 204,92 1250 227

^GF~² 188 163,84 1290

0,79

NaCl	16	,6	0,79
-	-		1,23
NaCl	36	,9	1,24
-	-		1,16
NaCl	21	6	1,15
-	-		1,12
NaCl	16,	.6	1,11
-	-		1,13
NaCl	16		1,15
-	-	1,07
NaCl	29	1,07

	58	203	r	9	(2900)	r-l	00
o,	58	316	I	4	(4500)	1,	55
o,	27	293	I	9	(4180)	If	00
	27	584	t	2	(8310)	1,	99

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

0,29 358,5 (5100)

0,29 502,6 (7150)

0,36 277,7 (3950)

0,36 425,3 (6050)

1,00 1,40

1,00

1,53

TABELLE VIII (Fortsetzung)

Test-Zement Puzzolan Sand Wasser insges. ehem. ehem. Brei/Sand Zement/ Druckfestig- Druckfestigpro- (g) (cm3) (g) (cn\³/1000 cm-* Zusatz Zusatz (Vol.) Puzzolan keit keit gegen be Mischung) (g) (Vol.) kg/cm² (psi) Kontrolle

	GG-I	188	204,	92	1250	234	-	-	#8	1,13	0	,29	276	,3	(3930)	1	,00	I σ-
ö to	GG-2	188	204,	92	1250	229	NaCl	17	,9	lr13	0	,29	515	,3	(7330)	1	,87	Ο I
οβ	GG-3	188	204,	92	1250	215	KCl	23		1,13	0	,29	453	,4	(6450)	1	f64
^^ Qt CO	GH-I	188	204,	92	1250	238	-	-	,7	1,13	0	,29	290	,3	(4130)	1	,00
t-Λ K>	GH-2	188	204,	92	1250	198	Na2SO4.10H2O	51	»2	1,14	0	,29	336		(4780)	1	,16
	GH-3	188	204,	92	1250	222	NaNO2	22	,7	1,14	0	,29	435	,9	(6200)	1	,50
	GI-I	188	204,	92	1250	231	NaCl	10	,3	1,13	0	,29	434	,5	(6180)		-
	GI-2	188	204,	92	1250	229	CaCl2	11	1,13	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.

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 ande 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 Verwendung von Seewasser in puzzolanreichen zementmischungen die Frühzeit-Festigkeit des Produkts beträchtlich erhöht.

903844/0922

TABELLE IX

Test-Zement Puzzolan Sand Art des Wasser- Brei/Sand Zement/ 7 Tage-Festig- 2 8 Tage-Festig-2 8 Tagepro- (g) (cm3) (g) Wassers menge (Vol.) Puzzolan keit d.Wurfeis keit d.Wurfeis Festigk. be (Vol.) kg/cm² (psi) kg/cm² (psi) geg.Kontr.

σ
to
oo

O
co
ro

HA-I 188 102,46 1475 Leitungs- 248

wasser
HA-2 188 102,46 1475 Seewasser 240

HB-I 188 143,44 1380 Leitungs- 237

wasser
HB-2 188 143,44 1380 Seewasser 230

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

0,79 0,79

0,90

0,89

1,05

0,92

1,11

1,11

0,58

0,58

0,42

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

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

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

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

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

1,00 1,57

l_f00 1,90

1,00

1,92

0,32 100,5 (1430) 181,4 (2580) 1,00 0,32 156,8 (2230) 287,5 (4090) l_?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 0,36 104 (1480) 220,7 (3140)

1,08 0,36 179,3 (2550) 295,3 (4200)

1,12 0,29 65,4 ( 930) 125,8 (1790)

1,12 0,29 123 (1750) 271,4 (3860)

1,00 1,34

1,00

2,16

TABELLE IX (Fortsetzung)

to
σ
co
co

28

Test-Zement Puzzolan Sand Art des Wasser- Brei/Sand Zement/ 7 Tage-Festig- 28 Tage-Festig-Festiyk. pro- (g) (cm·*) (g) Wassers menge (Vol.) Puzzolan keit d.Wurfeis keit d.Wurfeis gegen

be

HG-I
HG-2 188

HH-I 564
HH-2 564
HH-3 564
HH-4 564
HH-5 564

(Vol.) kg/cm² (psi) kg/cm² (psi) Kontrolle

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

ι,	13	Or	29
Ir	13	Of	29
o,	93	-
o,	95	-
°r	99	8,	74
1,	14	2,	91
1,	40	I,	75

123 (1750) 206 (2930) 1,00

0,29 201,8 (2870) 357,8 (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.

CD

cn co

cn

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-Flugasche 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.

909844/0922

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. Erfindungsgemäß hergestellte Zementmischungen sind beträchtlich weniger kostspielig pro Volumeneinheit als im Handel erhältliche Zementmischungen mit gleichwertiger Druckfestigkeit.

909844/0922

TABELLE

_ Konsistenz Brei/

Test-Rein- Puzzo- Sand cm Hohl- mm (16tel Sand

pro- zement lan (g) Wasser räume Zoll) (Vol.)

^e (g) (g) netto netto

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

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

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

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-I 285,0 126,3 1400 303,2 315,6 20,6 (13) 0,84

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 H₄₀ 291,0 312,0 23,8 (15) 1,26

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

Puzzolan stigk.d. stigk. des sten

(Vol.) Würfels Würfels (DoUa*

kg/cm²(psi) kg/cm2(psi)

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 CO 1,30 428,8 (6100) 628,5 (8940) 9,83 CD

OJ 6,37 667,9 (9500) 845,7(12030)12,42 —*

TABELLE X (Fortsetzung)

	Test-Rem- pro- zement be (g)	92r7 277,4	Puzzo- lan (g)
9098	ID-I ID-2	469r2	651,1 472,2
-C- 4»	ID-3	664,5 275,1	279,6
">s O CC is» is»	ID-4 ID-5	468,6	80,8 501,4
	ID-6	670,1	367,9
	ID-7	868,3	227,1
	ID-8	80,0

_ Konsistenz Brei/

Sand cm Hohl- mm (16tel Sand

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

1140 235,8 272,5 22,2 (14)

1140 246,9 288,7 25,4 (16)

1140 268,6 300,4 20,6 (13)

1140 285,8 314,8 20,6 (13)

1100 259,0 296,1 22,2 (14)

1020 278,2 310,8 23,8 (15)

950 298,0 323,5 20,6 (13)

880 321,3 345,5 23,8 (15)

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

Puzzolan stigk.d. stigk. des ste-\

(Vol.) Würfels Würfels (Dollar)

kg/cm²(psi) kg/cm²(psi)

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

1	,32	0,11	97	,7	(1380)
1	,33	0,46	291,	3	(4150)
1	,29	1,23	527,	4	(7500)
1	,27	6,37	685,	3	(9750)
1	,43	0,42	290,		(4130)
1	,57	0,99	471	9	(6700)
1	,70	2,29	667,	9(	(9500)
1	,89	8,41	790,	11250)

SNJ CO

Die die erfindungsgemäße 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 JA-I bis JA-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.

909844/0922

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

Die zuvor im Zusammenhang mit Proben JA-1 bis JA-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 Fesi:igkeitseigenschaften 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.

909844/0922

TABELLE XI

Test-Wasser insges. Konsistenz ehem. ehem. Brei/Sand 7 Tage-Festigkeit 33 Tage-Festigkeit

pro- (cn»³/1000 cm³ mm (16tel Zusatz Zusatz (Vol.) des Würfels des Würfels

be Mischung) Zoll) (3J kg/cm² (psi) kg/cm² (psi)

co	JA-I JA-2	241 234
39844	JA-3	232
α
'922

28	/6	(18)	NaCl	22,	0	1,26
25	,4	(16)	KBr	44,	7	1,26
25	,4	(16)	KI	62,	4	1,26

249,6 (3550)
256,6 (3650)
175,8 (2500)

506,2 509,7 323,4

(7200) (7250) (4600)

Beispiel 12:

Es wurden Untersuchungen ausgeführt, um die Wirksamkeit der Nutzbarmachung von verschiedenen Ionen in den erfindungsgemäßen Zementmischungen zu demonstrieren. Die Grundzementmischung, die bei jeder Untersuchung der Reihe KA, KB, KC, KE und KF angewendet wurde, hatte folgende Zusammensetzung:

188 g Zement des Typs I, 5oo g Bowen-Flugasche, 125o g eines 5o/5o-Gemisches von Sanden aus

Ottawa, Illinois, 247 ml Wasser.

Jede Probe, die bei dieser Untersuchungsreihe verwendet wurde, hatte ein Zement/Puzzolan-Verhältnis von o,29 und ein Brei/Sand-Verhältnis in der Menge gemäß der nachstehenden Tabelle XII.

Die Grundζementmischung, wie sie bei den Untersuchungsreihen KD und KG verwendet wurde, hatte folgende Zusammensetzung:

909844/0922

188 g Zement des Typs I, 45o g Bowen-Flugasche, 126o g Shorter (ein handelsüblich erhältlicher

Sand von Shorter, Alabama), 247 ml Wasser.

Jede dieser Proben hatte ein Zement/Puzzolan-Verhältnis von o,32 und ein Brei/Sand-Verhältnis, wie in Tabelle XII angegeben. Ferner enthielt jede der Proben ionische Bestandteile nach Art und Menge, wie in Tabelle XII angegeben,

Es wurden die Testarbeitsweisen, wie vorstehend bei Beispiel 2 angegeben, mit Bezug auf die Proben KA bis KG befolgt. Außerdem wurden identische Proben hergestellt und den Bedingungen beschleunigter Aushärtung, wie in Beispiel 8 beschrieben, unterworfen.

Die Untersuchungsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle XII veranschaulicht.

909844/0922

Test- pro be

Wasser insges (cm /1ooo cm" Mischung)

ι. Konsi stenz (16tel Zoll)

ehem.

Tabelle

2S2°3

2S2°3

XII

Brei/ Sand (Vol.)

,12

7-Tage- Festig- keit d. Würfels (psi)

28-Tage- Festig- keit d. Würfels (psi)

Beschleu nigte Festigk. d.Würfels (psi)

KA-1

231,9

14

—

Zusatz

Na2S2O3

Na2S2O3

ehem. Zusatz (g)

1

,12

22oo

363p

413o

KA-2

22o,1

16

—

Na2S2O3

Na2S2O3

—_

1

,12

393o

69oo

672o

KA-3

231,1

12

NaCl

Na2S2O3

Na2S2O3

2o,o

1

,12

25oo

45oo

595o

KA-4

223,4

16

NaSCN

Na2S2O3

6,5

1

,12

33oo

517o

48oo

co

KA-5

225,4

15

Na

Na2S2O3

Na2S2O3

9,6

1

,12

29oo

545o

624o

ο CD

KA-6

222,2

15

NaSCN,

NaCl

6,5, 3,2

1

,12

38oo

6o9o

6 9 oo

00

KA-7

224,6

15

NaSCN,

Na

6,5, 6,4

1

,12

41 oo

7o9o

688o

KA-8

224,2

16

NaSCN,

NaSCN,

6,5, 9,6

1

,13

425o

7 32o

722o

O

KA-9

219,4

17

NaSCN,

NaSCN,

6,5 12,7

1

,12

435o

766o

748o

CD

KB-1

221,2

16

NaSCN,

NaSCN,

6,5 15,9

1

,12

355o

694o

722o

KB-2

223,2

15

NaSCN,

2o,o

1

,13

353o

565o

515o

KB-3

222,6

14

NaSCN,

12,7

1

,13

41 oo

693o

7o4o

KB-4

222,6

17

2,5 12,7

1

,13

41 5o

716ο

69oo

KB-5

219,6

15

5,ο 12,7

1

,13

393o

765o

757o

KB-6

22o,6

15

7,5 12,7

1

,13

42oo

772o

763o

KB-7

22o,3

16

1o,o 12,7

1

42oo

788ο

7 38o

12,5 12,7

Tabelle XII (Fortsetzung)

Test-

Wasser insges.

Konsi

ehem.Zusatz

ehem.

12,

9,

0

7

Brei/

7-Tage-

28-Tage-

Beschleu

pro

(cm /I000 cm

stenz

Zusatz

12,

9,

5

7

Sand

Festig-

Festig-

nigte

be

Mischung)

dOtel

(g)

12,

0

7

(Vol.)

keit d.

keit d.

Festigk.

Zoll)

0

0

Würfels

Würfels

d.Würfels

0

6

(psi)

(psi)

(psi)

KB-8

217,8

18

NaSCN, Na2S2O3

15,0,

37

6

1,13

425o

8o9o

769o

KB-9

218,3

17

NaSCN, Na S9O3

17,5,

0

1,13

425o

8000

785o

to O

KB-I0

215,2

15

NaSCN, Na2S2O3

26,0,

74

1,13

4o3o

838o

81 3o

co α>

KC-1

217,o

16

NaCl

2o,

0

1,o8

37oo

655ο

765o '

■4·^ *-·

KC-2

216,4

12

KCN, Na2S3O3

5,6,

1,11

46oo

71 oo

779o ·**

-^. O

KC-3

219,2

16

NaSCN, Na2S3O3

7,5,

1,1o

375o

635o

755o '

CD

K> KJ

KD-1

248,9

18

NaCl

18,

1,o9

25oo+

5100

685o

KD-2

25ο,4

17

NaSCN

12,

1,o8

21oo+

39oo

6600

KD-3

242,1

18

NaSCN

25,

1 ,o7

2 2 So+

4 5oo

693o

KE-1

23ο, 1

17

NaCl

2o,

1,1o

29ΟΟ

627o

7o7o

KE-2

228,5

17

NaNO3

1o,

1,1o

215o

393o

423o

KE-3

227,ο

14

KC3H5O3

1,

1,1o

228o

442o

51oo 3^

NaNO3

1o,

CD

KE-4

228,1

18

KC3H5O3

2,

1,1o

24oo

47oo

584Ο 2

NaNO.,

1o.

Bereits nach 5 Tagen gemessen

cn

Tabelle XII (Fortsetzung)

O
CO
OO

Test- Wasser insges. Konsipro-(cm /1ooo cm stenz be Mischung) (16tel

Zoll)

ehem.Zusatz

KE-5	228,4
KE-6	224,O
KE-7	227,5
KE-8	232,7
KE-9	224,3

KE-I0 22o,5

KF-1	234,5
KF-2	227,2
KF-3	227,o
KF-4	222,9

KF-5

23o,o

17 15 15

16

15

14 15 2o 14

17

KC₃H₅O₃

NaNO₃

KC₃H₅O₃

NaNO₃

KC₃H₅O₃

NaNO₃

KC₃H₅O₃

KC₃H₅O₃

NaNO₃

KC₃H₅O₃

NaN0„

NaCl

NaCl

KC₃H₅O₃

NaNO₃

LiCl

ehem. Zusatz

4,11 1o,o 5,48 1o,o 6,85 1o,o 5,48 5,48 5,o 5,48 15,o

6,85 1o,o 7,25

Brei/ 7-Tage- 28-Tage- Beschleu-

Sand Festig- Festig- nigte

(Vol.) keit d. keit d. Festigk.

Würfels Würfels d.Würfels (psi) (psi) (psi)

2530

1,o9

3o3o

1/1o 26oo 1#o9 27oo

1,o9 1,11

1,o9

29oo

2ooo 315o 3o7o 31

3o5o

484o

1,o9 28oo 4940

543o

415o 473o

545o

3350 57oo 645o 54oo

56oo

6 3oo 685o 725o

645o 692o

657o

45oo 643o 69oo 685o

655o

Tabelle XII (Fortsetzung)

	Test	-	KF-6	Wasser insges	. Konsi	ehem.Zusatz	ehem.	Brei/	7-Ta-je-	28-Tage-	Beschleu
	pro		KF-7	(cm /1ooo cm"	stenz		Zusatz	Sand	Festig-	Festig-	nigte
σ	be		KF-8	Mischung)	(16tel		(g)	(Vol.)	keit d.	keit d.	Festigk.
CD		KG-1		Zoll)				Würfels	Würfels	d.Würfels
OO	KG-2						(psi)	(psi)	(psi)
-Ο-
-C--
	224,2	16	LiCl	14,5o	1, 1o	325o	69oo	713o
σ co	223,2	18	KCl	12,73	1,1o	315o	545o	615o
κ>	223,ο	17	KCl	25,47	1,1o	315o	575o	64oo
	243,ο	16	NaCl	18,ο	1,o6	27oo	528o	697o
	24o,2	16	KCN	2o,o	1,o6	325o	548o	732o

Beispiel 13:

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, um die Wirksamkeit der Nutzbarmachung von verschiedenen Kombinationen von Anionen in den erfindungsgemäßen Zementmischungen zu demonstrieren. Die Grundzementmischungen, die bei jeder der Untersuchungen LA und LB verwendet wurden, waren folgende:

188 g Zement des Typs I, 5oo g Bowen-Flugasche, 125o g eines 5o/5o-Gemisches von Sanden aus

Ottawa, Illinois, 247 ml Wasser.

Jede der Proben, die in dieser Untersuchungsreihe eingesetzt wurde , hatte ein Zement/Puzzolan-Verhältnis von o,29 und ein Brei/Sand-Verhältnis, wie in Tabelle XIII angegeben.

Die Grundzementmischung, die in der LC-Untersuchungsreihe verwendet wurde, hatte folgende Zusammensetzung:

213 g Zement des Typs I, 5oo g Bowen-Flugasche, 123o g eines 5o/5o-Gemisches von Sanden aus

Ottawa, Illinois, 247 ml Wasser.

Jede der Proben, wie sie in der LC-Untersuchungsreihe ver-

90984470922

wendet wurde, hatte ein Zement/Puzzolan-Verhältnis von o,33 und ein Brei/Sand-Verhältnis, wie in Tabelle XIII angegeben. Ferner enthielt jede der Proben ionische Bestandteile nach Art und Menge, wie in Tabelle XIII angegeben.

Die Untersuchungsarbeitsweisen, wie sie vorstehend in Beispiel 2 angegeben sind, wurden mit Bezug auf die Untersuchungsproben LA bis LC befolgt. Außerdem wurden identische Proben hergestellt und Bedingungen beschleunigter Aushärtung unterworfen, wie in Beispiel 8 beschrieben.

Die Untersuchungsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle XIII zusammengestellt. Diese Ergebnisse zeigen, daß verschiedene Kombinationen von Ionen in den erfindungsgemäßen Zementmischungen verwendet werden können.

909844/0922

Tabelle XIII

σ co co

Test pro be	Wasser insge^. (cm /1ooo cm Mischung)	Konsi stenz (16tel Zoll)	ehem.Zusatz	ehem. Zusatz (g)	Brei/ Sand (Vol.)	7-Tage- Festig- keit d. Würfels (psi)	28-Tage- Festig- keit d. Würfels (psi)	Beschleu nigte Festigk. d.Würfels (psi)	I ι	ro
LA-1	225,ο	17	NaCl	2o,o	1,o9	335o	634o	723o	VO	CD
LA-2	233,1	16	NaSCN	6,5	1 ,o9	233o	43oo	598o	I	CO
LA-3	23o,3	16	Na2SO4	1o,o	1,o9	285o	458o	375o		CO
LA-4	224,5	14	NaSCN	6,5	1,o9	363o	6o7o	6080
			Na2SO4	1o,o
LA-5	219,6	18	NaSCN	6,5	1,o7	438o	747o	7o5o
			Na2SO3	2,o
			Na2SO4	1o,o
LA-6	216,7	18	NaSCN	6,5	1,o7	483o	763ο	665o
			Na2SO4	1o,o
			Na3SO3	4,o
LB-1	223,9	16	NaCl	2o,o	1,o9	34oo	683o	6800
LB-2	217,6	16	NaNO3	1o,o	1,o7	35oo	57oo	528o
			Na2S2O3	9,6
LB-3	218,5	16	NaNO3	9,5	1,o7	388o	698o	6o7o
			Na2S3O3	9,6
			NaSCN	0,5

Tabelle XIII (Fortsetzung)

O CO CO

Test- Wasser insges. Konsipro- (cm /1ooo cm stenz be Mischung) (16tel

Zoll)

LB-4

LB-6
LB-7

LB-8

218,7

LB-5 218,5

219,o 221,8

217,2

LB-9 215,3

14 16

14 16

15

16

ehem.Zusatz	ehem. Zusatz (g)	Brei/ Sand (Vol.)	7-Tage- Festig- keit d. Würfels (psi)	28-Tage- Festig- keit d. Würfels (psi)	Beschleu nigte Festigk. d.Würfels (psi)
NaNO3	8,4	1,o7	43oo	7100	693o
Na2S2O3 NaSCN	9,6 1,5
NaNO3	6,3	1,o7	418o	725o	726o
Na2S2O3 NaSCN	9,6 3,5
NaNO3	2o,o	1,o7	32oo	545o	495o
NaNO3	17,4	1,o8	37oo	669o	6000
NaSCN	2,5
NaNO3	16,1	1,o7	415o	699o	664o
NaSCN	2,5
Na3SO3	o,5
Na2SO4	0,6
NaNO3	14,8	1,o6	428o	695o	674o
NaSCN	2,5

Na₂SO₃
Na₂SO₄

1,1

	Test- pro be	Washer insges. (cm /1ooo cm Mischung)	Konsi stenz (16tel Zoll)	Tabelle	XIII	Brei/ Sand (Vol.)	7-Tage- Festlg- keit d. Würfels (psi)	28-Tage- Festig- keit d. Würfels (psi)	Beschleu nigte Festigk. d.Würfels (psi)
	LB-1c	> 216,0	16	ehem.Zusatz	ehem. Zusatz (g)	1,o6	465o	751o	664o
				NaNO3	9,6
				NaSCN	2,5
ο CO OO *·»	LC-1	226,1	17	Na2SO3 Na2SO4	3,o 3,4	1,11	330O	—	799o
	LC-2	221,6	14	NaCl	2o,o	1,o7	395o	—	82oo
O co				NaCl	2,o
rs?				Na2SO4	1,o
			Na2SO3 NaC7H5O3 NaNO,	Uo 4,3

Beispiel 14;

Es wurden Untersuchungen ausgeführt, um die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Zementmischungen bezüglich Resistenz gegenüber Angriff und Beeinträchtigung durch Säuren zu demonstrieren. Die folgenden Zementmischungen wurden dabei verwendet:

Mischung

Bestandteile A B C D

Zement (g) Typ I Portland 55o 295 255 215

Flugasche

(Marshall-Anlage der - 376 436 476

Duke-Power Company, North Carolina)

Sand (g) 1578 135o 135o 135o

Broad River, South Carolina

Wasser (g) 217 199 199 199

City of Atlanta, Georgia

NaCl (g) - 2,6 2,6 2,6

Na-Thiosulfat ·5 H₃O (g) - 15,ο 15,ο 15,ο

Gew.-Verhältnis

Wasser/Zement o,4o o,67 o,78 o,93

Brei/Sand (Verhältnis) - o,98 o,98 1,o1

Diese Mischungen wurden entsprechend der Arbeitsweise gemäß Beispiel 2 hergestellt. Standardwürfel (2 engl. Zoll im Quadrat) von diesen Mischungen wurden hergestellt und 28 Tage lang ausgehärtet, wobei die Druckfestigkeit nach 7 Tagen und nach 28 Tagen gemessen wurde. Die ausgehärteten Würfel wurden dann gewogen und in eine wäßrige Lösung eingetaucht, die

909844/0922

1o Vol.-% von 98 %-iger Schwefelsäure enthielt. Nach 24 Stunden wurden die Würfel aus der Lösung herausgenommen und leicht gewaschen, um lockeres Material von der Oberfläche eines jeden Würfels zu entfernen. Die Würfel wurden dann 24 Stunden lang wieder in die Säure eingetaucht, wiederum gewaschen und gewogen. Der Gewichtsverlust als Prozentsatz des ursprünglichen Gewichts der Würfel zeigt den Grad an, bis zu dem die Zementmischungen durch die Säure angegriffen worden sind. Die nachstehende Tabelle zeigt die Ergebnisse:

Zusammensetzung

7-Tage-Festigkeit (psi) 28-Tage-Festigkeit (psi) Gewichtsverlust (%)

775o 61oo

1o 69o 93oo

14,1 8,6

515o 445o 828o 75oo 4,6 1,7

9098U/0922

Leerseite

Claims (1)

1. Dr.D.Thomsen PATE NTANWALTS BÜRO

   O Telefon (GbS/ 53 02 V,

   W. Weiη ka uff ^„.^_sss , · nachqe^cht

   Cahlp arfrlress ^r fi

   Cable address J TpIp* 5 24 303 VDPrt d

   PATENTANWÄLTE

   München: Frankfurt/M.:

   Dr. rer. nat. D. Thomsen DipJ.-lng. W We --kauff

   (Fuchshohl 71)

   Dresdner Bank AG. München. Konto 5 574 237

   8000 München 2

   Kaiser-Ludwig-Platz6 23. April 1979

   Raymond C.Turpin jun.
   Atlanta, Georgia, USA

   Puzzolan-Zementmischungen

   Patentansprüche

   1. Zementmischungen, enthaltend Zement, ein Puzzolanmaterial, feinen Zuschlag, Luft, Wasser, wenigstens einen Alkalimetall-Bestandteil, wobei der Metallbestandteil in einer Menge von bis zu etwa 4,ο Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht von Natriumionen) des Puzzolanmaterials vorhanden ist, und wenigstens einen anionischen Bestandteil in einer Menge von bis zu etwa 6,ο Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht von Chloridionen) des Puzzolanmaterials,

   909844/0922

   ORIGINAL INSPECTED

   wobei die Mischung ein Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zu dem Puzzolanmaterial im Bereich von etwa o,o5 bis 2,ο hat und das Verhältnis des Feststoff-Volumens von Zement zum Volumen des Mörtels (Zement, Puzzolanmaterial, Wasser und feine Zuschläge) einen Wert von weniger als etwa o,19 hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbestandteil aus einem Alkalimetallion aus der Gruppe von Natrium-, Kalium- und Lithiumionen besteht, der anionische Bestandteil ein eisenkomplexierender anionischer Bestandteil ist, der zur Bildung von Komplexen mit Ferri-Ionen in der Lage ist, in Wasser löslich ist und ein Calciumsalz, das ebenfalls wasserlöslich ist, bildet, und das Verhältnis des Volumens der Breimasse (Puzzolanmaterial, Zement, Luft und Wasser) zum Feststoff-Volumen der feinen Zuschlagstoffe im Bereich von etwa o,75 bis 2,5 liegt.

   2. Zementmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der anionische Bestandteil wenigstens ein weiteres Anion aus der Gruppe von Thiosulfat-, Sulfat-, Sulfit-, Nitrat- und Salicylatanionen umfaßt, wobei die Gesamtmenge von solchen zusätzlichen Ionen und des eisenkomplexierenden anionischen Bestandteils bis zu etwa 6,0 Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht von Chloridionen) des Puzzolanmaterials darstellt.

   844/0

   3. Zementmischungen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Volumens der Breimasse zum Feststoff-Volumen von Sand innerhalb des Bereichs von etwa 1,o bis 2,ο liegt.

   4. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte eisenkomplexierende anionische Bestandteil und irgendein zusätzlicher Anionenbestandtexl in einer Menge innerhalb des Bereichs von etwa o,1 bis 2,4 Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht von Chloridionen) des Puzzolanmaterials vorhanden sind.

   5. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der anionische Bestandteil aus der Reihe von Chlorid-, Bromid-, Nitrit-, Thiocyanat-, Cyanid- und Lactationen ausgewählt ist.

   6. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Puzzolanmaterial Flugasche umfaßt.

   7. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Gewichts von Wasser zum Gewicht von Zement größer als o,8 ist.

   903344/0922

   2316315

   8. Zementmischungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend Zement, ein Puzzolanmaterial, feinen Zuschlag, Luft, Wasser, wenigstens einen Metallbestandteil, worin der Metallbestandteil in einer Menge von bis zu etwa 4,ο Gew.-% des Puzzolanmaterials vorhanden ist, wobei die Mischung ein Feststoff-Volumenverhältnis von Zement zum Puzzolanmaterial innerhalb des Bereichs von etwa o,o5 bis 2,ο aufweist und das Verhältnis des Feststoff»Volumens von Zement zum Volumen des Mörtels (Zement, Puzzolanmaterial, Wasser und feine Zuschläge) weniger als etwa o,19 beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbestandteil aus Calciumchlorid besteht und das Verhältnis des Volumens der Breimasse (Puzzolanmaterial, Zement, Luft und Wasser) zum Feststoff-Volumen der feinen Zuschlagsstoffe innerhalb des Bereichs von etwa o,75 bis 2,5 liegt.

   9. Zementmischungen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbestandteil ferner wenigstens ein Alkalimetallion aus der Reihe von Natrium-, Kalium- und Lithiumionen einschließt.

   1o. Zementmischungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiteres Anion aus der Reihe von Bromid-, Nitrit-, Thiocyanat-, Cyanid-, Lactat-, Thiosulfat-, Sulfat-, Nitrat- und Salicylatanionen vorhanden ist und die Gesamtmenge von solchen Ionen und Chloridionen bis zu etwa

   909844/0922

   6,ο Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht von Chloridionen) des Puzzolanmaterials umfaßt.

   11. Zementmischungen nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Chloridionen und irgendwelche anionischen Bestandteile in einer Menge innerhalb des Bereichs von etwa o,1 bis 2,4 Gew.-% (bezogen auf das Äquivalentgewicht von Chloridionen) des Puzzolanmaterials vorhanden sind.

   12. Zementmischungen nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Puzzolanmaterial Flugasche umfaßt.

   13. Zementmischungen nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Gewichts von Wasser zum Gewicht von Zement größer als o,8 ist.

   909844/0922