DE3217558A1

DE3217558A1 - Zementzusammensetzung und verfahren zur steuerung von volumenaenderungen bei schnell abbindenden fluiddichten zementsystemen

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Publication number: DE3217558A1
Application number: DE19823217558
Authority: DE
Inventors: Warner King Stamford Conn. Babcock
Original assignee: INT CONSTR PROD RES
Current assignee: INT CONSTR PROD RES
Priority date: 1981-05-11
Filing date: 1982-05-11
Publication date: 1983-02-24
Also published as: SE8202844L; CA1192233A; AT390786B; SE456501B; ES512043A0; AU8341082A; FR2505318A1; ATA184682A; JPH0159226B2; BE893131A; DE3217558C2; SE456501C; FR2505318B1; GB2098197B; MX159507A; AU547161B2; JPS5869758A; ZA823256B; NL8201905A; GB2098197A

Description

PATENTANWÄLTE RUFF UND BEIER STUTTGART

Dipl.-Cham. Dr. Ruff "^{θ c k}^^r|_t ^trf₊ ^ße ^a°

- 6 - Telex 07-23412 erubd

10. Mai 1982 R/S

Anmelderin: International Construction
Products Research Inc.
41 Stillson Road
Fairfield, Connecticut 06430 "**^iTii" U.S.A.

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Zementzusammensetzung und Verfahren zur Steuerung von Volumenänderungen bei schnell abbindenden fluid-

dichten Zementsystemen.

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung und ein Verfahren zur Steuerung von Volumenänderungen bei schnell abbindenden fluiddichten Zementsystemen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Zusammensetzung zur Verhinderung der Naßexpansion in erhärtetem Zustand von Zementsystemen, die Tonerdezement, Gips und Portland-Zement enthalten, was durch Zugabe von Lithiumsalz erreicht wird.

Der Begriff "Zementsysteme", wie er hierin verwendet wird, soll Zusammensetzungen umfassen, welche im wesentlichen die Eigenschaft haben, unter Wasser auszuhärten, einschließlich zementartiger Imprägnierungen, Abdeckungen, Schutzbeschichtungen u. dgl. wie auch Mischungen mit Zuschlagstoffen und Wasser, wie Beton, Mörtel, Putzmörtel und daraus hergestellte Produkte.

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Der Begriff "Tonerdezement" soll solche zementartigen Materialien umfassen, die nach Ansicht der Fachwelt als zementartigen Hauptbestandteil Monocalciumaluminat (CaO: AIpO₃) enthalten, wie z. B. Zement mit hohem Tonerdegehalt und Calciumaluminat-Zement. Beispiele für im Handel erhältliche Tonerdezemente, die für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet sind, sind Lumnit der Lehigh Portland Cement Company und der Zement mit hohem Tonerdegehalt Fondu oder Secar der LoneStar LaFarge Aluminous Cement Comany, Ltd.

Der Begriff "Gips" soll das umfassen, was in der Fachwelt als Gips bezeichnet wird, einschließlich Calciumsulfat (CaSO-) und seine verschiedenen Formen wie Calciumsulfatanhydrat, Calciumsulfathemihydrat, Calciumsulfatdihydrat sowie calcinierter Gips, druckcalcinierter Gips und gebrannter Gips.

Beispiele für im Handel erhältliche Gipssorten, die für die Verwendung der Erfindung geeignet sind, sind der druckcalcinierte Gips, der unter der Bezeichnung "K-5" der Georgia Pacific Corporation vertrieben wird oder unter der Bezeichnung "Hydrostone" durch die United States Gypsum Company.

Der Ausdruck "Portland-Zement" soll die Zemente umfassen, die in der Fachwelt normalerweise als "Portland-Zement" bezeichnet werden, und wie sie beispielsweise in der ASTM Norm C 150 beschrieben sind, wobei die Typen I und III speziel 1 für den Zweck der Erfindung bevorzugt sind, obwohl auch andere Formen von Portlandzement geeignet sind. Der Portland-Zement ist wirksam zur Verminderung der Trocknungsschwindung und neigt zur Erhöhung der Naßexpansion der Zusammensetzung. Aber auch andere Zemente,die als Trocknungsschwin-

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dungs-Inhibitor" wirken, sind ebenfalls zur Verwendung bei der Erfindung geeignet, auch wenn sie nicht speziell als Portland-Zement bezeichnet werden. Deshalb soll der Begriff auch solche anderen Zementarten miteinschließen. Solche andere Trocknungsschwindungs-Inhibitoren können beispielsweise Expansionsbeschleuniger, wie expansive Zemente ,umfassen, welche mit den anderen Bestandteilen des Systems verträglich sind.

Der Begriff "Naßexpansion" soll die Expansion eines zementartigen Systems im gehärteten Zustand bedeuten, d. h. nach dem endgültigen Abbinden bzw. Erstarren unter feuchten Bedingungen, wie dies im wesentlichen in Übereinstimmung mit der Standardmethode ASTM C 157-75 für "Längenänderung von gehärtetem Zement, Mörtel und Beton" bestimmt ist.

Die Ausdrücke "iiaßexpaflsions-Irshibi tor" und "Naßexparjs ions-Gegenwirkung" werden im wesentlichen austauschbar verwendet und bedeuten zumindest eine Verminderung der Naßexpansion des Zementsystems im erhärteten Zustand und/oder vorzugsweise die Aufrechterhaltung eines Volumens, das gleich oder größer als das Unterbringungsvolumen des Systems ist, und umfassen auch ähnliche Ausdrücke, wie z. B. "Naßexpansions-Eliminierung".

Es gibt bisher zahlreiche Versuche, Zementsysteme zu schaffen, die die Erfordernisse der Bauindustrie, insbesondere beim Schutz, Imprägnieren und Reparieren von Betonkonstruktionen, erfüllen. Solche Systeme sind gewünschtermaßen nichtentflammbar, nichttoxisch und binden innerhalb einer relativ kurzen Zeitdauer zu einer harten Masse oder einem überzug

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mit ausreichender Festigkeit, Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit ab. Sie sollen weiterhin undurchlässig gegenüber Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, sein. Gleichzeitig sollen solche Systeme nach dem Aushärten keine übermäßigen Volumenänderungen, sei es unter nassen oder trockenen Bedingungen, zeigen. Für die industrielle Anwendung müssen die-Arten von Zementsystemen auch gute Bindungseigenschaften gegenüber feuchten oder trockenen Oberflächen besitzen, eine frühe wie auch gute Langzeitfestigkeit haben und im praktisehen Einsatz gut verarbeitbar sein. Sie sollen gegenüber Gefrieren und Tauen beständig sein,wie auch die Einwirkung von Salzen, Lösungsmitteln und anderen korrodierenden Substanzen aushalten.

Obwohl es Zementsysteme gibt, die eine oder mehrere der oben erwähnten erwünschten Eigenschaften besitzen, so haben die bisherigen Versuche zur Erreichung aller obigen Eigenschaften bei einer Zusammensetzung bisher nur einen sehr beschränkten Erfolg gehabt. Viele gemischte Zementzusammensetzungen zeigen die Naßexpansion. Andere Zusammensetzungen, welche bestimmte Beschleuniger zur Verkürzung der Abbindezeit enthalten, zeigen einen übermäßigen Trocknungsschwund. So führten die bisherigen Versuche zur Schaffung von Zementzusammensetzungen von wirtschaftlichem Wert für die Bauindustrie im allgemeinen zu bestimmten oder besonders betonten Eigenschaften, wobei andere erwünschte Eigenschaften vernachlässigt oder in manchen Fällen sogar nachteilig beeinflußt wurden.

Die US-Patentschrift 3 861 929 diskutiert die Schrumpfungseigenschaften, die mit Betonsorten aus herkömmlichen Zementen

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verbunden sind und beim Härten und Trocknen zu Rissen führen. Dieses Patent beschreibt einen expandierenden Zement, welcher während und nach dem Abbinden und Härten deutlich an Volumen zunimmt. Der expansive Zement umfaßt im wesentliehen eine Mischung aus Portland- und Calciumaluminat-Ze- menten und einer Menge an Calciumsulfat, welche in Form von Gips vorliegen kann. Die US-Patentschrift 3 775 143 beschreibt einen "Belastungszement", welcher Portland-Zement und einen expandierenden Bestandteil aus Calciumsulfat, Calciumoxid und einem aluminathaltigen Material, wie Tonerdezement oder hochalkalischem Calciumhydroaluminat, enthält. Der Zement ist angeblich wasserfest und auch benzin- und gasdicht.

In der US-Patentschrift 3 147 129 sind einige der Probleme, die mit der grundlegenden Herstellung von Sulfoaluminat-Zementen verbunden sind, diskutiert, einschließlich der Schwierigkeiten bei der Steuerung der Eigenschaften. Die Patentschrift beschreibt dann eine SuIfoaluminat-Zementzusammensetzung, die angeblich gleichförmige Eigenschaften besitzen soll, und die nach Einschluß geeigneter Zugaben, wie Zinksulfat und Natriumbisulfat als expansiver Zement eingesetzt werden kann. Im Patent ist erwähnt, daß bestimmte Be· standteile als Verzögerer zugegeben werden können, welche keine merkliche· Ausdehnung verursachen und sogar dazu neigen, die Ausdehnungswirkung der Zusätze, wie Zinksulfat und Natriumbisulfat, zu neutralisieren. Solche Bestandteile können Saccharose, hydratisierten Kalk und Kieselsäuremischungen umfassen.

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Es sind auch Zusammensetzungen bekannt, die Zement mit hohem Tonerdegehalt und Portland-Zement enthalten und zwar für die Verwendung als schnell abbindende Mischungen. So ist es beispielsweise in der US-Patentschrift 4 012 264 als bekannt erwähnt, daß ein sehr schnell abbindender und härtender Zement hergestellt werden kann durch Vermischen von Portland-Zement und Zement mit hohem Tonerdegehalt und/oder durch Verwendung von verschiedenen Beschleunigern, und es ist weiterhin eine Calcium-Alurcinat- und Portlandzement-Zusammensetzung beschrieben, die Verzögerer und/oder Beschleuniger enthält. Zement mit hohem Tonerdegehalt wurde auch schon gebranntem Gips oder Anhydrit-Gips zugesetzt, um festere Formen und Güsse zu erhalten. T. D. Robson, High Alumina Cements and Concretes, John Wiley & Sons, N. Y., 1962, Seiten 126-127, erwähnt, daß Lithiumsalze als Beschleuniger für Zemente mit hohem Tonerdegehalt vorgeschlagen wurden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß Zusammensetzungen, die Tonerdezement, Gips und Lithiumsalze als Beschleuniger enthalten, für sich alleine eine übermäßige Schwindung im erhärteten Zustand zeigen. Darüber hinaus besitzen Zusammensetzungen aus Tonerdezement und Gips für sich alleine eine übermäßige Naßexpansion in erhärtetem Zustand.

Die US-Patentschrift 2 339 163 beschreibt eine Zusammensetzung für einen Zementschutzüberzug aus Calciumaluminat-Zement und einem anorganischen Zusatz aus Calciumchlorid, Calciumsulfat, Magnesiumsulfat, Eisen-III-Sulfat, Aluminiumsulfat oder Alkalicarbonate^, um das Abbinden zu beschleunigen, sowie auch von Casein, um die Verdampfungsgeschwindigkeit von Wasser zu begrenzen, damit eine zu schnelle Trocknung und Schwindung vermieden wird. Dieses Material

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soll angeblich einen überzug bilden, welcher nach Abbinden und Abhärten nicht reißt, offensichtlich aufgrund der Verminderung der Trocknungsschwindung.

In den US-Patentschriften 4 045 237 und 4 157 263 ist eine zementartige Zusammensetzung beschrieben, die einen hohen Grad an Undurchlässigkeit gegenüber Flüssigkeiten und Dampf sowie eine verminderte Langzeitschwindung besitzt und aus einer besonderen Mischung aus Portland-Zement, einem calcinierten Gips und einem Zement mit hohem Tonerdegehalt zusammengesetzt ist. Alternativ kann die Zusammensetzung auch aus partikelartigen Mischung von Zement mit hohem Tonerdegehalt und druckcalciniertem Gips bestehen.

Es wurde nun gefunden, daß eine Zementzusammensetzung, welche nach Vermischen mit Wasser in der Lage ist, schnell und ohne wesentliche Schrumpfung während des Abbindens zu einer harten Masse hoher Druckfestigkeit abzubinden, in einer Weise geschaffen werden kann, daß sie in erhärtetem Zustand verminderte Naß- und Trockenvolumenänderungen zeigt und trotzdem ein hohes Maß an Undurchlässigkeit gegenüber Fluiden, Beständigkeit gegen Abrieb, Erosion und chemische Einwirkungen und ähnliche Eigenschaften besitzt, die bei einer in der Bauindustrie mit Erfolg einsetzbaren Zusammensetzung erwünscht sind. Dies kann gemäß der Erfindung erreicht werden, indem eine zementartige Zusammensetzung geschaffen wird, die eine Mischung aus Tonerdezement, Gips_s einem Trocknungsschrumpfungs-Inhibitor und einem Naßausdehnungs-Inhibitor enthält.

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Die erfindungsgemäße Zementzusammensetzung enthält insbesondere Tonerdezement, Gips, einen Trocknungsschrumpfungs-Innibitor, vorzugsweise Portland-Zement, und ein Lithiumsalz in einer für die Wirkung als Naßausdehnungs-Inhibitor ausreichenden Menge.

Auf diese Weise wird eine Zementzusammensetzung geschaffen, die nach Vermischen mit Wasser innerhalb relativ kurzer Zeitdauer zu einer harten Masse abbindet bzw. erstarrt, ohne nach dem Erhärten übermäßige Naß- oder Trockenvolumenänderungen zu zeigen.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Verhinderung von Volumenänderungen nach dem Erhärten von Zementzusammensetzungen aus Tonerdezement, Gips und einem Trocknungsschrumpfungs-Inhibitor.

Das erfindungsgemäß als Naßausdehnungs-Inhibitor verwendete Lithiumsalz kann in wirksamen Mengen im Bereich zwischen 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf den Tonerdezement und den Gips, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,3 Gewichtsprozent, zugegeben werden. Mit besonderem Vorzug werden zwischen 60 und 90 Gewichtsprozent Tonerdezement und zwischen 10 und 40 Gewichtsprozent Gips eingesetzt. Der nach dem Erhärten als Trocknungsschrumpfungs-Inhibitor wirkende Portlandzement wird vorzugsweise in einer Menge im Bereich zwischen 0,1 und 25 Gewichtsprozent, bezogen auf den Tonerdezement und den Gips, eingesetzt, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 1 und 20 Gewichtsprozent liegt.

Zusätzlich zu den oben erwähnten wesentlichen Bestandteilen der erfindungsgemäßen Zementzusammensetzung können weitere zusätzliche Bestandteile verwendet werden, wie z. B. Mittel

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zum Einstellen der Viskosität, oberflächenaktive Mittel, Verzögerungsmittel, Beschleuniger, gaserzeugende oder -freisetzende Mittel, Flugasche, Weichmacher, Pumphilfsmittel, Hilfsstoffe zum Zurückhalten von Wasser, Füllstoffe und Zuschlagstoffe.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren und eine Zusammensetzung zum Verhindern der Naßexpansion in Zementsystemen, welche in relativ kurzer Zeitdauer zu einer harten Masse mit hoher Druckfestigkeit, hoher Abriebfestigkeit und guter Beständigkeit gegen Erosion und Korrosion ab binden, ohne wesentliche Schrumpfung während des Abbindevorganges und ohne übermäßige Volumenänderungen der gehärteten Zusammensetzung ,und welche gleichzeitig ein hohes Maß an Undurchlässigkeit gegenüber Fluiden besitzen.

Die vorhergehenden und weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den Beispielen in Verbindung mit den Ansprüchen.

Die Erfindung wird weiterhin erläutert durch die nachfolgenden Beispiele, welche zeigen, daß die Zugabe eines Lithium salzes zu Zementzusammensetzungen, welche Tonerdezement, Gips und Portlandzement als Inhibitor der Trocknungsschrumpfung in gehärtetem Zustand enthalten, überraschenderweise die Naßexpansion der Zusammensetzung im gehärteten Zustand verhindert. Bei den Beispielen werden die Bestandteile in trocke nem pulvrigen Zustand gemischt und dann mit Leitungswasser unter Bildung einer lockeren verarbeitbaren Konsistenz vermischt. Im allgemeinen liegt das Verhältnis der Bestandtei-

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le zu Sand oder Zuschlägen im Bereich von 1 : 1 bis 1 : Die homogene Mischung wurde dann in Stahlformen in Stangenform von ca. 25 cm (10 inch) gebracht, die den Standardvorschriften ASTM C 490 für Vorrichtung zur Verwendung der Messung von Längenänderungen von gehärteten Zementpasten, Mörtel und Beton entsprechen. Die Formen wurden mit einem Trennmittel auf Harzbasis gut ausgekleidet und mit einer dünnen Polyäthylen-Folie ausgefüttert, um das Entformen der empfindlichen erhärteten Proben zu erleichtern. Die Proben wurden nach dem Erhärten entformt, sobald dies ohne Beschädigung der erhärteten Testproben möglich war, normalerweise eine halbe bis zwei Stunden nach dem endgültigen Abbinden bzw. Erstarren.

Anfängliche Längenänderungsmessungen der Testproben wurden unmittelbar nach dem Entformen gemacht, um die wahren Längenänderungen im gehärteten Zustand am besten bestimmen zu können. Zwei Proben einer jeden Mischung wurden geprüft. Eine Probe wurde zur Bestimmung der Längenänderung im nassen Zustand und die zweite Probe für die Längenänderung im trockenen Zustand verwendet. Für die Naßprüfung wurden die Proben während der Testdauer vollständig in Wasser untergetaucht, wogegen die trockenen Proben während der Dauer des Versuches luftgetrocknet wurden. Die 10 inch-Probestangen wurden angenähert auf 1/10.000 eines inch gemessen, wobei ein Längenänderungsvergleichsgerät verwendet wurde, das den Erfordernissen der oben erwähnten ASTM C 490-Spezifikation entspricht. Die Längenänderungsmessungen wurden im wesentlichen in Obereinstimmung mit der Standardtestmethode für "Längenänderung von gehärtetem Zement, Mörtel und Beton", ASTM C-157 durchgeführt. Alle Ergebnisse der Längenänderung

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wurden bezogen auf eine Mischung aus einem Teil Zement und einem Teil Sand oder auf diese Basis eingestellt. Die Abriebbeständigkeit wurde anhand eines Oberzugs der Mischung bestimmt, die auf einen Zementblock aufgeputzt worden war.

Die nachfolgenden Beispiele sind representatiν für die bei der Durchführung der Erfindung erhaltenen Ergebnisse.

Beispiel 1

Eine Kontrollprobe wurde, wie oben beschrieben, hergestellt unter Verwendung von 80 Gewichtsprozent Tonerdezement (Lumnit) und 20 Gewichtsprozent Gips (Densit K-5). Nach viertägigem Lagern wurde die prozentuale Längenänderung im gehärteten Zustand gemessen, und es wurden 0,321% Naßexpansion und 0,12% Trockenschrumpfung gefunden. Die Abriebbeständigkeit war 4, gemessen anhand einer Skala von 0 bis 10, wobei 10 die größte Härte bedeutet.

Beispiel 2

Zusammensetzung und Verfahrensweise von Beispiel 1 wurden übernommen mit der Ausnahme, daß 0,2 Gewichtsprozent, bezogen auf den Tonerdezement und den Gips (welche nachfolgend die Basis sein sollen, sofern nichts anderes gesagt) ,an einen Naßexpansions-Inhibitor aus Lithiumcarbonat zu der Zusammensetzung gegeben wurden. Die prozentuale Längenänderung im gehärteten Zustand nach vier Tagen betrug 0,065% Naßexpansion und 0,179% Trockenschrumpfung, wobei die Abriebbeständigkeit bei 6 lag.

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Beispiel 3

Zusammensetzung und Verfahrensweise nach Beispiel 1 wurden übernommen mit der Ausnahme, daß Portlandzement, Typ III, als Trocknungsschrumpfungs-Inhibitor in einer Menge von 19 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge an Tonerdezement und Gips, zugegeben wurden. Die prozentuale Längenänderung wurde nach zwei Stunden gemessen, da die Probe aufgrund der Naßexpansion sprang. Am Ende der zweistündigen Zeitdauer lag die Naßexpansion bei 1,33%. Es zeigte sich keine Trocknungsschrumpfung, aber eher eine Trocknungsexpansion von 0,084%. Die Abriebbeständigkeit lag bei 7.

Beispiel 4

Zusammensetzung und Verfahrensweise von Beispiel 2 wurden übernommen, wobei zusätzlich Portlandzement vom Typ III als Trocknungsschrumpfungs-Inhibitor in einer Menge von 10 Ge-Wichtsprozent verwendet wurde. Nach vier Tagen wurde die prozentuale Längenänderung gemessen, wobei sich 0,188% Naßexpansion und 0,100% Trockenschrumpfung ergaben. Die Abriebbeständigkeit war 10.

Aus den vorhergehenden Beispielen 1 bis 4 kann ersehen werden, daß Lithiumsalze wirksame Naßexpansions-Inhibitoren für Tonerde-Gips-Formulierungen sind, während Zusammensetzungen, die Tonerdezement, Gips und Lithiumsalze mit der weiteren Zugabe von Portlandzement als Trocknungsschrunipfungs Inhibitor enthalten, in bezug auf ihre Längenänderungseigenschäften sehr günstig sind. Zusätzlich zu Lithiumcarbonat sind auch andere Lithiumsalze als Naßexpansions-Inhibitoren geeignet. Beispiele für solche Lithiumsalze, die mit zufrie-

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denstellendem Ergebnis eingesetzt wurden, sind Lithiumcitrat, Lithiumhydroxid und Lithiumacetat.

Beispiel 5

Zusammensetzung und Verfahrensweise nach Beispiel 4 wurden übernommen mit der Ausnahme, daß der Portlandzement in einer Menge von 11% zugegeben wurde und nach dem Härten ein Trocknungsmittel zugegeben wurde. Nach 30 Tagen lag die prozentuale Längenänderung im trocknen Zustand bei 0. Die Abriebbeständigkeit betrug 10.

Beispiel 5 zeigt, daß durch Auswählen der Formulierung der Zusammensetzung die Nettolänge auf eine Nettoschrumpfung bzw. -expansion von Null gesteuert werden kann. Es wurde weiterhin gefunden, daß die erfindungsgemäßen Zementzusammensetzungen durch Variation der Inhibitoren oder Zementkombinationen in einer solchen Weise formuliert werden können, daß die Nettolängenänderung in einer bestimmten Umgebung, so z. B. einer nassen, trocknen oder wechselweise nassen und trocknen Umgebung gesteuert werden kann.

Beispiel 6

Der Zusammensetzung nach Beispiel 5 wurden 1 Gewichtsprozent eines oberflächenaktiven Mittels, das im Handel unter der Bezeichnung Lomar D erhältlich ist, und 0,1 Gewichtsprozent wasserfreies Zitronensäurepulver zugegeben und die Bestandteile zur Bildung einer trockenen Zwischenmischung miteinander vermischt. Diese Zementmischung wurde mit abriebfestem

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Zuschlag in einem Verhältnis von 3 : 7 vermischt. Die erhaltene Mischung wurde dann mit Wasser bis zur Bildung einer sich selbst ausgleichenden Konsistenz vermischt und danach auf einen Betonblock aufgetragen. Die Zusammensetzung band in 20 Minuten ab und entwickelte in 24 Stunden eine Druckfestigkeit von 6000 psi, gemessen entsprechend ASTM C 109. Die Zusammensetzung zeigte innerhalb von 24 Stunden sehr hohe Bindungseigenschaften und war sehr hart und abriebfest. Zusätzlich zeigte die Zusammensetzung eine hohe Gefrier/Taubeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber korrodierenden Stoffen. Die Zusammensetzung band ab ohne merkliche Schrumpfung, Oberflächenrisse oder Stauben und ohne Notwendigkeit einer feuchten Reifung bzw. Alterung oder eines Trocknungs- bzw. Schutzmittels (curing agent).

Zusätzlich wurde die Oberfläche des beschichteten Blocks einem feinen Wasserstrahl mit einem Druck von 25 psi während einer Zeitdauer von einer Woche ausgesetzt ohne merkbare Erosion.

Beispiel 7

Entsprechend der Verfahrensweise nach den Beispielen 1 bis 4 wurde eine weitere Testprobe aus einer Zusammensetzung gemacht, die 80 Gewichtsprozent, bezogen auf Tonerdezement und Gips, an Portlandzement, Typ III, als Trocknungsschrumpfungs· Inhibitor enthielt. Die pronzentuale Längenänderung wurde nach zwei Tagen gemessen, und es wurde eine Naßexpansion von 0,383%, aber keine Trocknungsschrumpfung oder Trocknungsexpansion festgestellt.

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Beispiel 8

Der in Beispiel 7 beschriebenen Zusammensetzung wurden 0,2 Gewichtsprozent Natriumcarbonat als bekannter Beschleuniger zugegeben, um seine Wirksamkeit als Naßexpansions-Inhibitor zu bestimmen. Nach zwei Tagen lag die prozentuale Längenänderung bei 0,366% Naßexpansion und 0,026% Trockenexpansion. Somit lag die Expansion im trockenen Zustand über derjenigen der Kontrollprobe nach Beispiel 7, wogegen die Expansion im nassen Zustand nahezu so groß war wie die der Kontrollprobe und somit unannehmbar.

Beispiel 9

Der Zusammensetzung nach Beispiel 7 wurden 0,2 Gewichtsprozent Aluminiumsulfat als bekannter Beschleuniger zugegeben, um seine Wirksamkeit als Naßexpansions-Inhibitor zu bestimmen. Nach zwei Tagen lag die prozentuale Längenänderung bei 0,415% Naßexpansion und 0,017% Trockenexpansion, was anzeigt, daß Aluminiumsulfat ähnlich wie Natriumcarbonat nicht wirksam ist, um die Naßexpansion in Tonerdezement/Gips/Portlandzement-Systemen zufriedenstellend zu unterbinden.

Beispiel 10

Der Zusammensetzung nach Beispiel 7 wurden 0,2 Gewichtsprozent Lithiumeitrat zugegeben, um seine Wirksamkeit als Naßexpansions-Inhibitor zu bestimmen. Nach zwei Tagen lag die prozentuale Längenänderung bei nur0,186% Naßexpansion, weniger als die Hälfte der Kontrollprobe, und bei 0,006% Trockenschrumpfung.

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Dieses zeigt, daß Lithiumsalze bei diesen Zementsystemen als Naßexpansions-Tnhihit.or einzigartig sind. Die Lithiumsalze beeinträchtigen die Undurchlässigkeitseigenschaften des Zpmentsystems gegenüber Fluiden nicht in signifikantem Maße. Das System bleibt somit eines, das hervorragende Wasserdichtigkeitseigenschaften besitzt.

Bei den Zementzusammensetzungen nach der Erfindung, die Tonerdezement, Gips und Inhibitoren für die Naß- und Trocken· volumen-Änderung enthalten, ist es bevorzugt, zwischen 60 und 90 Gewichtsprozent Tonerdezement und zwischen 10 und 40 Gewichtsprozent Gips zu verwenden. Im allgemeinen kann der Trocknungsschrumpfungs-Inhibitor für den gehärteten Zustand, vorzugsweise Portlandzement, bezogen auf das Gesamtgewicht von Tonerdezement und Gips, in einer Menge im Bereich zwischen 0,1 und 25 Gewichtsprozent und vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 und 20 Gewichtprozent zugegeben werden. Im allgemeinen werden die Lithiumsalze in einer Menge im Bereich von 0,01 und 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf den Tonerdezement und Gips,und vorzugsweise in einer Menge zwischen 0,1 und 0,3 Gewichtsprozent zugegeben.

Zusätzlich zu den oben erwähnten wesentlichen Bestandteilen der erfindungsgemäßen Zementzusammensetzung können noch weitere Additive zur Einstellung der tigenschaften ganz generell eingebracht werden, ohne daß die erhaltenen Vorteile der Naßexpansions-Inhibition verloren gehen, sofern diese

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Zusatzstoffe mit den wesentlichen Bestandteilen im übrigen verträglich sind. Solche andere Zusatzstoffe umfassen Mittel zur Steuerung der Viskosität, Expansionsmittel, oberflächenaktive Mittel, Verzögerer, Beschleuniger, gaserzeugende oder gasfreisetzende Mittel, Flugasche, Füllstoffe, Pumphilfsmittel, Wasserrückhaltemittel und Zuschlagstoffe, um eine selektive Verbesserung der spezifischen Eigenschaften zu erzielen. Andere, normalerweise in Zementindustrie verwendete Zusätze können ebenfalls verwendet werden, sofern ihre Verwendung keine Unverträglichkeit mit den gewünschten oder hier beschriebenen Ergebnissen bringt.

Die Lithiumsalze können mit den anderen Bestandteilen in trockenem Zustand vermischt oder zum Zeitpunkt der Wasserzugabe oder dem Wasser selbst zugegeben oder nach der Zugabe von Wasser zugegeben werden. Der Zugabezeitpunkt des jeweiligen Materials zu der Mischung ist nicht kritisch, solange sie alle in einer solchen Weise zugegeben werden, daß eine homogene Mischung in der Aufschlämmung erhalten wird. Die Fachleute werden es begrüßen, daß die anerkannten Methoden der Herstellung von Zementzusammensetzungen auch für die erfindungsgemäße Zusammensetzung angewandt werden können, einschließlich der Verfahren zum Mischen vor der Durchführung von Verfahrensstufen, wie das Feuern,sowie auch das Zwischenvermahlen oder Mischen von endgültigen Bestandteilen, sofern diese Stufen sich nicht schädlich auf die einzelnen Bestandteile auswirken.

Claims

PATENTANWÄLTE RUFF und BEIER STUTTGART

Dipl.-Chem. Dr. Ruff Neckarstraße 50

Dipl.-I ng. J. Beier D-7OOO Stuttgart 1

DiJUhys Schöndorf T·'.: C0711} 22705,*

Telex O7-23412 erub d

U Mai 1982 R/S

Anmelderin: International Construction Products Research Inc. 41 Stillson Road Fairfield, Connecticut 06430 U.S.A.

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Zementzusammensetzung und Verfahren zur Steuerung von Volumenänderungen bei schnell abbindenden fluid-

dichten Zementsystemen.

(J_.J Zementzusammensetzung, welche durch Vermischen mit Wasser in der Lage ist, zu einer harten Masse mit verhinderter Naßausdehnung im gehärteten Zustand abzubinden, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Tonerdezement, Gips, einem Trocknungsschwindungs-Inhibitor und einem Lithiumsalz in einer zur Wirkung als Naßexpansionsinhibitor ausreichenden Menge zusammengesetzt ist.
2. Zementzusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich net, daß das Lithiumsalz in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge an Tonerdezement und Gips vorhanden ist.

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3. Zementzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonerdezement in einer Menge im Bereich von 60 bis 90 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht von Tonerdezement und Gips, vorhanden ist.
4. Zementzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3_S dadurch gekennzeichnet, daß der Gips in einer Menge im Bereich von 10 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht von Tonerdezement und Gips, vorhanden ist.
5. Zementzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsschwindungs-Inhibitor in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf Gesamtgewicht von Tonerdezement und Gips, vorhanden ist.
6. Zementzusammensetzung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aus 60 bis 90 Gewichtsprozent Tonerdezement, 10 bis 40 Gewichtsprozent Gips, 0,1 bis 25 Gewichts· Prozent, bezogen auf das Gewicht an Tonerdezement und Gips, an Portland-Zement und 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge von Tonerdezement und Gips, an einem Lithiumsalz als Naßexpansionsinhibitor.
7. Zementzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonerdezement ein Zement mit hohem Tonerdegehalt, ein Calciumaluminat-Zement und/oder ein Zement ist, dessen zementiger Hauptbestandteil aus Monocalciumaluminat besteht, der Gips Calciumsulfat, Calciumsulfatanhydrat, Calciumsulfathemihydrat, Calciumsulfatdihydrat, gebrannter Gips, calcinierter Gips und/oder druckcalcinierter Gips ist und das Lithiumsalz Lithiumcarbonat, Lithiumeitrat, Lithiumhydroxid und/oder Lithiumacetat ist.

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8. Zementzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumsalz in einer Menge im Bereich von 1 bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von Tonerdezement und Gips ,vorliegt.
9. Zementzsammensetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Portland-Zement ein Typ III-Portland-Zement ist und in einer Menge im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge an Tonerdezement und Gips, vorliegt.
10. Zementzusammensetzung, die durch Vermischen mit Wasser innerhalb kurzer Zeit ohne wesentliche Schrumpfung während des Härtens zu einer harten Masse abzubinden vermag und ein hohes Maß an Undurchlässigkeit für Fluide besitzt, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Tonerdezement, Gips und Portland-Zement sowie zur Verhinderung einer Expansion des erhärteten Systems im nassen Zustand zusätzlich ein Lithiumsalz in einer zur Verhinderung der Naßexpansion ausreichenden Menge enthält.
11. Zementzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumsalz Lithiumcarbonat, Lithiumeitrat, Lithiumhydroxid oder Lithiumacetat ist.
12. Zementzusammensetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonerdezement ein Tonerdezement mit hohem Tonerdegehalt ist, der Gips ein druckcalcinierter Gips und der Portland-Zement ein solcher vom Typ III ist.

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13. Zementzusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet» daß der Zement mit hohem Tonerdegehait in einer Menge von 80 Gewichtsteilen, der Gips in einer Menge von 20 Gewichtsteilen, der Typ Ill-Portland-Zement in einer Menge von 10 Gewichtsteilen und das Lithiumsalz in Form von Lithiumcarbonat in einer Menge von 0,2 Gewichtsteilen vorhanden sind.
14. Zementzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich ein Trocknungshilfsmittel enthält, das nach dem Erhärten zuzugeben ist.
15. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem oberflächenaktiven Mittel und einem Verzögerungsmittel .
16. Verfahren zur Steuerung von Volumenänderungen in schnell abbindenden fluiddichten Zementsystemen, insbesondere zur Verhinderung der Naßexpansion eines Zementsystems im gehärteten Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Zementsystem aus Tonerdezement, Gips und einem Trocknungsschwindungs-Inhibitor sowie einem Lithiumsalz herstellt, das vor dem Abhärten zugegeben wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet» daß als Trocknungsschwindungs-Inhibitor Portland-Zement eingesetzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumsalz in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Ge-

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wichtsprozentj. bezogen auf den Tonerdezement und den Gips beigemischt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Lithiumsalz Lithiumcarbonat, Lithiumcitrat, Lithiumhydroxid oder Lithiumacetat verwendet wird.
20. Gehärtete Zementzusammensetzung mit unterbundener Naßexpansion, gekennzeichnet durch die Reaktionsprodukte eines Gemisches aus Wasser, Tonerdezement, Gips, Portland-Zement und einem Lithiumsalz.