DE3217558A1 - Zementzusammensetzung und verfahren zur steuerung von volumenaenderungen bei schnell abbindenden fluiddichten zementsystemen - Google Patents
Zementzusammensetzung und verfahren zur steuerung von volumenaenderungen bei schnell abbindenden fluiddichten zementsystemenInfo
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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.
Products Research Inc.
41 Stillson Road
Fairfield, Connecticut 06430 "**iTii" U.S.A.
A 19 675
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, Gipss 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.
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.
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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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.
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.
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.
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.
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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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.
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.
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 (20)
- PATENTANWÄLTE RUFF und BEIER STUTTGARTDipl.-Chem. Dr. Ruff Neckarstraße 50Dipl.-I ng. J. Beier D-7OOO Stuttgart 1DiJUhys Schöndorf T·'.: C0711} 22705,*Telex O7-23412 erub dU Mai 1982 R/SAnmelderin: International Construction Products Research Inc. 41 Stillson Road Fairfield, Connecticut 06430 U.S.A.A 19 675Zementzusammensetzung 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.A 19 675 - 2 -
- 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 3S 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.A 19 675 - 3 -
- 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.A 19 675 - 4 -
- 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-A 19 675 - 5 -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.
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