DE293124C

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Publication number: DE293124C
Application number: DENDAT293124D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung von Portlandzement ο. dgl. Materialien, die freien Kalk enthalten, durch Zusatz von Granit- oder Dioritmehl zum fertigen Zement, und es kommt dabei darauf an, die Abbindefähigkeit des Portlandzements o. dgl. zu vermehren und ihn in die bestmögliche Beschaffenheit zur Verwendung als Straßenpflaster, zur Errichtung von Gebäuden aller Art wie

ίο auch zur Herstellung von Unterwasserbauten zu versetzen. .

Nun ist die verhältnismäßig schlechte Abbindefähigkeit des Portlandzements u. dgl. auf den Gehalt an freiem Kalk zurückzuführen, und es ist daher wesentlich, diesen freien Kalk im Portlandzement abzubinden. Es sind bereits Versuche gemacht worden, dies dadurch zu erreichen, daß man gebrannten Ton, Puzzolanerde o. dgl. dem Portlandzement zusetzte; in der Technik hat sich jedoch ergeben, daß die Hydraulizität des Produktes durch derartige Zusätze nicht wesentlich verbessert wird.

Gemäß der Erfindung wird nun das angestrebte Ziel dadurch erreicht, daß das dem Portlandzement zugesetzte Gesteinsmehl von Granit, Diorit o. dgl. vor dem Zusatz mindestens zwei Stunden lang auf etw 1000 ° C. erhitzt wird. Es hat sich, nämlich gezeigt, daß beim Erhitzen von Granit oder Diorit in der angegebenen Weise der in diesen Materialien vorhandene Gehalt an wirksamer Kieselsäure erheblich vermehrt wird. Diese vermag dann nach dem Vermischen des erhitzten Gesteinsmehls mit dem Zement mit großer Kraft auf den freien Kalk des letzteren einzuwirken und diesen abzubinden. Da gleichzeitig durch das Erhitzen des Gesteins auf die angegebene hohe Temperatur dieJZerreibbarkeit , dieses Materials erheblich erhöht~wTfdr so' wird es in Form eines sehr feinen Pulvers dem Portlandzement zugefügt, und es wird dadurch die Einwirkungsmöglichkeit auf diesen weiterhin erhöht. Würde man Puzzolanerde, Traß u. dgl. zur Erreichung desselben Ergebnisses in der gleichen Weise behandeln wollen, so würde man doch nicht zu demselben Ziele gelangen, da die physikalischen Eigenschaften dieser Stoffe durch eine solche mehrstündige Erhitzung nicht wesentlich verändert werden und ihr Gehält an wirksamer Kieselsäure dadurch sogar erheblich vermindert wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht hiernach, die Abbindung des freien Kalks im Portlandzement in sehr einfacher, zweckmäßiger und billiger Weise vorzunehmen.

Ebenso ist es auch möglich, gemäß der Erfindung Beton mit Hilfe des in der angegebenen Weise vorbehandelten Zements herzustellen, indem man als Füllstoffe gebrannte Stücke von Granit oder Diorit der gleichen Art verwendet, wie sie zur Herstellung des Zusatzmehls benutzt worden sind. Es tritt dann an den Berührungsstellen der Gesteinsbruchstücke mit dem Portlandzement die gleiche Reaktion ein wie zuvor zwischen diesem und dem Gesteinsmehl, und man erhält auf diese Weise einen Beton von besonders großer Widerstandsfähigkeit.

Zum näheren Verständnis des Erfindungsgegenstandes sei folgendes bemerkt: Bei Portlandzement und hydraulischem Kalk werden

im allgemeinen diejenigen Bestandteile oder Verbindungen, welche die Hydraulizität oder Abbindefähigkeit der Materialien bedingen, durch die folgenden Formeln dargestellt:

. 2 Ca O · Si O₂ (i)

2 Ca O · Al₂ O₃ (2).

Aus Analysen, die mit einer erheblichen Zahl von Zementproben angestellt wurden, kann geschlossen werden, daß im Durchschnitt in einem guten Portlandzement 14 Prozent freier Kalk enthalten sind.

Zur Abbindung dieses freien Kalks setzt man . nun Granit- oder Dioritmehl hinzu, nachdem man deren Gehalt an wirksamer Kieselsäure durch mindestens zweistündiges Erhitzen auf etwa 1000° erhöht und gleichzeitig ihre Zerreibbarkeit vermehrt hat. Zu den unter den Gattungsnamen Granit und Diorit zusammengefaßten Gesteinsarten, welche wirksame Kieselsäure enthalten, gehören in erster Linie Quarz,

'^x-~- Chalcedon, Gneiß, Kalifeldspate, Andean, Labrador, Kalk-Natronfeldspate, chrysolithartige, hornblendeartige und glimmerartige Gesteine.

Bei der Erhitzung auf etwa 1000 ° C erfahren die Kieselsäure- und Tonerdebestandteile dieser Materialien einemolekulare Umwandlung, welche sie in die beste Beschaffenheit zur Herbeiführung der Reaktion mit dem freien Kalk des Portlandzements versetzt. Es ist anzunehmen, daß durch die Erhitzung des Gesteins o. dgl. in der angegebenen Weise die Polymerisation aufgehoben und einfache Moleküle in dem Material gebildet werden.

Zur näheren ■ Erläuterung des Erfindungsgegenstandes wird das Verfahren im nachfolgenden näher an der Hand der Zeichnung erläutert. Diese veranschaulicht eine Ausführungsform eines durch Gas beheizten Ofens, der für die Behandlung des Gesteins geeignet ist.

Der Ofen α besteht aus einem schrägen Rohr b, das sich in Berührung mit der Gasflamme befindet. Das Rohr b kann aus Gußeisen oder anderem geeigneten Material bestehen. Derjenige Teil desselben^ welcher sich in der Nähe des Feuerraumes a¹ des Ofens befindet, wird durch eine Decke oder einen Mantel a² aus feuerbeständigem Material geschützt. Geeignete Röhren oder andere Mittel sind vorgesehen, um einen Luftstrom durch das im Rohr b befindliche Material schicken zu können. Für gewöhnliche Fälle soll die Länge des Rohres b 7 m nicht überschreiten und der Durchmesser nicht 70 cm, während die Dicke der Wandungen nicht mehr als 200 mm betragen soll. Unter der Annahme, daß die spezifische Wärme der Gesteinsmaterialien, welche erhitzt werden sollen, nicht wesentlich voneinander abweichen,' ist es klar, daß, falls die Verwitterung in Einklang mit einem Ofen dieser Dimensionen steht, die Temperaturdifferenz zwischen den Enden und dem Mittelteil des Rohres 200 ° nicht überschreiten wird. Diese Temperaturdifferenz wird die Reaktion nicht nachteilig beeinflussen, vorausgesetzt, daß an den kühlsten Teilen des Rohres eine Temperatur von 1000^c erreicht wird.

Das Gestein, welches Kieselerde oder Silikate enthält, wird zuerst in Stücke gebrochen oder zermalmt, so daß es durch ein Sieb oder einen Schirm von 10 cm Maschenweite hindurchgeht. Das gebrochene Material wird dann durch den Trichter b¹, der am oberen Ende des Rohres b des Ofens angeordnet ist, in dieses eingeführt und dort einer Temperatur von 1000 ° C während nicht weniger als zwei Stunden unterworfen. Das Material wird dann am Boden des Rohres δ f entfernt'! inj feines Pulver verwandelt und innig j mit dem Zement oder Kalk vermischt, der sich j gleichfalls in fein gepulverter Form befindet, j Auf diese Weise wird eine vollständige Beruhrung zwischen denjenigen Bestandteilen erzielt, die miteinander reagieren sollen.

Die Anteile des behandelten Materials und des Zements oder Kalks werden in der folgenden Weise berechnet: Um die Verbindung nach der Formel (1) zu erhalten, welche oben angeführt ist, müssen sich 2 Moleküle Calciumoxyd mit ι Molekül Kieselsäure verbinden, so daß also, wenn .man die oben angegebene mittlere Zusammensetzung des Zements als Grundlage nimmt, 100 kg Kieselsäure sich mit dem freien Kalk von 1335 kg Zement vereinigen.. Demgemäß muß zur Erlangung des verbesserten Materials Portlandzement von der vorerwähnten mittleren Zusammensetzung mit 7,5 Prozent Quarz vermischt werden, wenn dieser angewandt wird. Die Berechnung ist eine ähnliche für Gesteine oder Materialien, die Silikate enthalten. Feldspat z. B., der durch die Formel:

(Al₂ O₃ + 3 Si O₂) + (K₂ O + 3 (Si O₂)

wiedergegeben wird, würde nach obigen Formeln (1) und (2) mit 14 Molekülen Kalk zu reagieren haben, d. h. 556 kg Feldspat reagieren mit 5600 kg Portlandzement durchschnittlicher Zusammensetzung. Die Berechnung ist ähnlich für jedes andere Gestein oder Material von den oben aufgezählten, die entweder Kieselsäure oder Silikate enthalten.

Natürlich muß die Mischung auf der Basis der chemischen Zusammensetzung des Zements und Gesteins oder sonstigen angewandten Materials bewirkt werden, und die Mengenverhältnisse werden durch *die chemischen und petrographischen Methoden, die oben angegeben sind, festgestellt. Es ist vorteilhaft, den Zement mit einem großen Prozentsatz an freiem Kalk zu bereiten. . .

Die Abbindefähigkeit des verbesserten Produkts wird durch Zusatz von 23,5 Prozent Wasser zu demselben bestimmt. Ist dieser Zusatz erfolgt, so bemerkt man eine starke Temperatur-

Steigerung. Die Menge des erforderlichen Wassers hängt ab: i. von der Härte des Wassers; 2. vom Grad der Außentemperatur. Diese beiden Faktoren müssen bei Bestimmung der Menge des Wassers berücksichtigt werden. Der oben angegebene Prozentsatz, bezieht sich auf eine Temperatur der umgebenden Luft von i8°C.

Das in der oben beschriebenen Weise erhaltene verbesserte Produkt, welches gute Abbindefähigkeit besitzt, kann zur Bereitung eines Betons benutzt werden, der besonders für die Errichtung von Bauwerken geeignet ist, welche große

■ Widerstandsfähigkeit besitzen sollen. Zu diesem Zweck wird ein Gestein derselben Art wie die, welche bei Bereitung des verbesserten Portlandzements verwandt wurde, kalziniert und in Stücke von ungefähr Nußgröße gebrochen. Das hierbei verwandte Gestein soll jedoch niemals Kalk enthalten, und muß sorgfältig mit Wasser,

-.welches keine Kalksalze enthält, ^ewascloen werden. Nach dem Trocknen an der Luft muß das Material vor der Benutzung befeuchtet werden. Das zertrümmerte Gestein wird mit dem verbesserten hydraulischen Produkt gemischt und es treten dann an den Berührungsflächen die Reaktionen entsprechend den obigen Formeln (i) und (2) ein, obwohl mit geringerer Energie als im ersten Falle.

Der in dieser Weise hergestellte Beton ist sehr £30 dicht und erweckt den Anschein eines Monoliths ; von fast homogener Natur. Das dargestellte^! Produkt besitzt große Widerstandsfähigkeit gegen Spannung, Druck und Erschütterungen aller Art und ist in dieser Beziehung allen gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Betonarten und Kompositionen weit überlegen. Zudem wird es durch Seewasser nicht nachteilig beeinflußt; im Gegenteil wirken die im Wasser aufgelösten Salze günstig ein und unterstützen die chemischen Reaktionen, die in der'Masse stattfinden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung von Portlandzement durch Zusatz von Granit- oder Dioritmehl zum fertigen Zement, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesteinsmehl vorher mindestens zwei Stunden lang auf etwa 1000° C erhitzt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Beton mit dem nach Anspruch 1 behandelten Zement, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoffe gebrannte Stücke von Granit oder Diorit der gleichen Art, wie der zur Herstellung des Zusatzmehls benutzten, verwendet werden.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.