DE4427661C2

DE4427661C2 - Zementbeimischung, Zementzusammensetzung und Verwendung der Zementzusammensetzung

Info

Publication number: DE4427661C2
Application number: DE4427661A
Authority: DE
Inventors: Minori Morioka; Yasuyuki Nikaido; Toshio Mihara; Yoshihisa Matsunaga; Minoru Shirasawa
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2014-08-05
Also published as: KR0158245B1; KR950005768A; KR0150183B1; DE4427661A1

Description

Die folgende Erfindung betrifft eine Zementbeimischung, eine Zementzu sammensetzung mit einem Gehalt derselben, und deren Verwendung zur Herstellung von chemisch vorgespanntem Beton.

Zement stellt für die Errichtung von Wohngebäuden oder für die Kon struktion von Bauten ein unverzichtbares Material dar. Man kann sagen, daß man mit keinem anderen Material als Zement große Strukturen kostengünstig herstellen kann.

Bei den aus Zement hergestellten gehärteten Erzeugnissen bilden sich jedoch leichte Risse, was ein Problem darstellt. Eine derartige Rißbildung kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden.

Einer dieser Faktoren ist die Trocknungsschrumpfung und zum Zwecke der Kompensation einer derartigen Trocknungsschrumpfung ist eine Anzahl von expansiven Zementmaterialien vorgeschlagen worden.

Als ein zweiter Faktor für die Rißbildung können Wärmerisse aufgrund der Hydratationswärme erwähnt werden. Als eine Methode zur Verringerung von Wärmerissen wurde die Verwendung eines wenig Wärme erzeugenden Ze ments vorgeschlagen, d. h. eines Zements, der eine geringe Menge an Hy dratationswärme erzeugt. Es wurde auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein expansives Zementmaterial und ein Mittel zur Unterdrückung der Hydrata tionswärme in Kombination verwendet werden.

Als Zement mit geringer Wärmeerzeugung wird hauptsächlich ein sol cher verwendet, bei dem eine große Menge eines Puzzolanmaterials, wie bei spielsweise Kochofenschlacke oder Flugasche, dem Portlandzement einverleibt ist. Es ist auch bekannt, daß dieses Material effektiv ist, um Wärmerisse einer Betonmasse für Konstruktionszwecke, von z. B. einem Damm, zu verhindern, und zwar deshalb, weil die zu Beginn durch Hydratation auftretende Wärmebil dung in bemerkenswerter Weise zu reduziert werden kann.

Die in einer Struktur gebildeten Risse sind gewöhnlich eine Kombina tion von Wärmerissen und Rissen aufgrund der Trocknungsschrumpfung. Um daher die Rißbildung insgesamt zu verhindern, ist es gebräuchliche Praxis, ei nen Zement mit niedriger Wärmeerzeugung und ein expansives Zementmaterial in Kombination zu verwenden.

Als expansive Zementmaterialien sind solche vom Typ 3CaO.SiO₂-freies CaO; 3CaO.SiO₂-freies CaO-freies CaSO₄; und 3CaO.3Al₂SO₃.CaSO₄ - freies CaO - freies CaO - freies CaSO₄ bekannt (JA-PS 13 650/1987, 31 170/1978 und 7 171/1976. Ferner sind Zementbeimischungen auf Basis von CaO, CaSO₄, Al₂O₃ bekannt aus DE-AS 1 571 437; 21 62 053; DE-OS 14 71 072 und CH-PS 588 424.

Bei diesen expansiven Zementmaterialien besteht jedoch das Problem, daß dann, wenn sie als Zementgemische verwendet werden, denen Puzzolan materialien, wie Hochofenschlacke, Flugasche und Silica, einverleibt sind, die expansiven Eigenschaften in bemerkenswerter Weise beeinträchtigt werden. Folglich müssen diese expansiven Zementmaterialien, wenn sie für derartige Zementmischungen verwendet werden sollen, in großen Mengen eingesetzt werden, und sie können unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten kaum praktisch angewendet werden. Ferner besteht ein Problem dadurch, daß die Langzeitbe ständigkeit des Betons beeinträchtigt werden kann.

Zusätzlich zu der Beeinträchtigung der expansiven Eigenschaften kommt es dann, wenn diese expansiven Zementmaterialien in großen Mengen einverleibt werden, zu einer Verzögerung des Zeitpunktes der Expansion, der Verstärkungseffekt wird verringert und es kommt leicht zu Expansionsrissen.

Andererseits sind in den letzten Jahren zum Zwecke der Arbeitsersparnis und im Hinblick auf die Schwierigkeiten bei der Arbeitsplatzsicherheit der Bauarbeiter und im Hinblick auf die immer weiter gesteigerte Größe der Kon struktionen Betonmischungen vorgeschlagen worden, bei denen keine Kompak tierung erforderlich ist oder die mit geringer Vibration kompaktiert werden können. Bei diesen ist eine große Menge eines Verdickungsmittels und eines Mittels zur Wasserreduktion einverleibt und ein latent hydraulisches Material, wie Flugasche oder Hochofenschlacke, ist mit dem Zement vermischt (Japani sche ungeprüfte Patentpublikationen Nr. 45 522/1991 und Nr. 237 049/1991).

Bei diesen Betonmischungszusammensetzungen bestand jedoch ein Pro blem dadurch, daß eine wesentliche Schrumpfung auftrat und die Dimensions stabilität schlecht ist.

Vorgespannter Beton wird derzeit auf dem Gebiet der Gebäude- und Be tonkonstruktionen in weitem Umfang verwendet. Aus vorgespanntem Beton hergestellte Strukturen zeichnen sich durch das Merkmal aus, daß der Beton unter der vorgesehenen Last keine Risse bildet. Die Beständigkeit ist gut, sie haben ein geringes Gewicht, das Material ist stark und läßt sich ausgezeichnet präparieren. Vorgefertigte feste Verbindungsstrukturen können leicht ausge bildet werden, wo Verbindungsabschnitte sicher miteinander befestigt werden müssen, und sie können den Bauteilen einen Sicherheitsfaktor verleihen.

Als Verfahren zur Einführung von Vorspannungen ist eine mechanische Methode, eine elektrische Methode und eine chemische Methode bekannt. Eine chemische Methode, d. h. eine chemische Vorspannmethode, wird im allgemei nen im Falle von Betonrohren oder Gebäudeteilen mit komplizierter Gestalt und schwierigen Produktionsstufen angewandt. Verschiedene Zementbeimisch ungen für derartig chemisch vorgespannten Beton sind vorgeschlagen worden (z. B. Japanische geprüfte Patentpublikationen Nr. 7 171/1976, Nr. 13650/1978 und Nr. 31 170/1978).

Im Hinblick auf einen zunehmenden Bedarf für leichtgewichtige Beton strukturen ist es in jüngster Zeit, in zunehmendem Maß erforderlich geworden, chemische Vorspannung anzuwenden. Sie wird beispielsweise zum Zwecke der Verbesserung der Arbeitseffizienz oder zur Verringerung der Kosten häufiger Zementgemische verwendet, bei denen ein Puzzolanmaterial, wie Hochofen schlacke oder Flugasche, einverleibt ist. Ferner wird chemische Vorspannung angewandt im Hinblick auf eine gesteigerte Verwendung unter ungünstigen Umgebungsbedingungen, wie die Anwendung unter Grund.

Bei einem gemischten Zement besteht jedoch das Problem, daß eine adäquate chemische Vorspannung mit einer herkömmlichen Zementbeimisch ung nicht eingeführt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Probleme zu lösen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß es möglich ist, die obigen Probleme dadurch zu lösen, daß man eine Zementbeimischung verwendet, welche eine bestimmte spezielle Komponente umfaßt. Die Erfindung beruht auf diesen Untersuchungsergebnissen.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Zementbeimischung gemäß Anspruch 1. Diese enthält ein expansives Material, das hergestellt wurde, indem man CaO-Rohmaterial, Al₂O₃-Rohmaterial und CaSO₄-Roh material vermischt, gefolgt von einer Hitzebehandlung, so daß es ein CaO/Al₂O₃ Molverhältnis von 6,5 bis 18 und ein CaSO₄/Al₂O₃ Molverhältnis von 1,5 bis 4 aufweist. Ferner enthält die Zementbeimischung amorphes Calciumaluminat mit einem CaO-Gehalt von 35 bis 45 Gew.-%. Weiterhin können der Zementbeimischung ein Verdickungsmittel und ein Wasserreduktionsmittel einverleibt sein. Anspruch 3 betrifft eine Zementmischung, bei der Dextrin mit einem in kaltem Wasser löslichen Anteil von 10 bis 65 Gew.-% in einer derartigen Zementbeimischung einverleibt ist. Eine Zementzusammensetzung, welche Zement und eine derartige Zementbeimischung umfaßt, wird in Anspruch 4 beschrieben. Die Verwendung dieser Zementzusammensetzung zur Herstellung eines chemisch vorgespannten Betons betrifft Anspruch 5.

Im folgenden wird die Erfindung im Detail erläutert.

Das expansive Material in der erfindungsgemäßen Zementbeimischung verleiht dem gemischten Zement eine wirksame Expansiveigenschaft. Das Ma terial wurde verbessert durch Einstellung der Mischungsverhältnisse von CaO- Rohmaterial, Al₂O₃-Rohmaterial und CaSO₄-Rohmaterial in den spezifizierten Bereichen.

Die Rohmaterialien für das expansive Material, das erfindungsgemäß verwendet wird, können beliebig ausgewählt werden, je nach den Reinheiten und den Kosten. Sie unterliegen keinen speziellen Beschränkungen. Das CaO- Material kann beispielsweise CaCO₃-Material oder Ca(OH)₂-Material sein, wie Kalkstein oder gelöschter Kalk; das Al₂O₃-Rohmaterial kann beispielsweise Bauxit oder Aluminiumrückstandasche sein und das CaSO₄-Rohmaterial kann beispielsweise wasserfreier Gips, Hemihydratgips oder Gipsdihydrat sein.

Verunreinigungen, wie SiO₂, Fe₂O₃, CaF₂, MgO und TiO₂, die in den Rohmaterialien vorliegen, unterliegen keinen speziellen Beschränkungen, so lange sie die erfindungsgemäßen Zwecke nicht nachteilig beeinflussen.

Bei der vorliegenden Erfindung müssen die Mischungsverhältnisse der Rohmaterialien so eingestellt werden, daß das CaO/Al₂O₃ Molverhältnis in dem resultierenden expansiven Material von 6,5 bis 18 beträgt und das CaSO₄/Al₂O₃ Molverhältnis von 1,5 bis 4 beträgt. Das CaO/Al₂O₃ Molverhältnis beträgt vor zugsweise von 8 bis 12 und das CaSO₄/Al₂O₃ Molverhältnis beträgt vorzugs weise von 2 bis 3. Falls das CaO/Al₂O₃ Molverhältnis kleiner ist als 6,5 wird keine ausreichende Expansiveigenschaft erhalten, wenn das expansive Material für eine Zementmischung verwendet wird. Falls andererseits das Verhältnis 18 übersteigt, bilden sich leicht Expansionsrisse. In ähnlicher Weise wird dann, wenn das CaSO₄/Al₂O₃ Molverhältnis kleiner ist als 1,5, keine adäquate expan sive Eigenschaft erhalten und falls das Verhältnis 4 übersteigt, ist der Zeitpunkt der Expansion verzögert und es können sich Expansionsrisse bilden.

Bei der vorliegenden Erfindung variiert die Zersetzungstemperatur von Gips unter Bildung von Schwefelsäure wesentlich in Abhängigkeit von den Mi schungsverhältnissen der Rohmaterialgemische oder dem Gehalt der Verunrei nigungen. Die Brenntemperatur ist daher nicht besonders be schränkt. Im allgemeinen beträgt die Backtemperatur vorzugsweise von 1100 bis 1600°C.

Das Vermischen der Rohmaterialien unterliegt keinen speziellen Beschränkungen und es können herkömmliche Methoden angewandt werden.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des expansiven Mate rials beschrieben.

Die Wärmebehandlungsmethode zur Herstellung der Zementbeimi schung unterliegt keinen speziellen Beschränkungen und es kann jede beliebige Methode, wie Brennen mit einem Drehofen oder Schmelzen mit einem Elektro ofen, angewandt werden.

Die Feinheit des expansiven Materials, der vorliegenden Erfindung, hängt ab von dem speziellen Zweck oder der Anwendung und unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. Gewöhnlich ist es jedoch bevorzugt, ein Niveau ei nes Blainewerts von 1500 bis 8000 cm²/g vorzusehen. Falls dieser Wert klei ner ist als 1500 cm²/g, verringert sich der Verstärkungseffekt, und falls der Wert 8000 cm²/g übersteigt, wird keine ausreichende Expansiveigenschaft erhalten.

Im Falle einer Zementbeimischung, welche das expansive Material und die nachstehend erwähnten Calciumaluminat, latent hydraulisches Material, Verdickungsmittel und Wasserreduktionsmittel umfaßt, beträgt die Menge des expansiven Materials gewöhnlich vorzugsweise von 3 bis 15 Gew.-Teile, mehr bevorzugt von 5 bis 7 Gew.-Teile in 100 Gew.-Teilen eines Bindemittels, wel ches Zement, das expansive Material, das amorphe Caiciumaluminat und das latent hydraulische Material umfaßt, obwohl das Verhältnis je nach dem spe ziellen Verwendungszweck variieren kann. Falls die Menge kleiner ist als 3 Gew.-Teile, wird keine ausreichende Expansiveigenschaft erhalten, und falls die Menge 15 Gew.-Teile übersteigt, kommt es leicht zu abnormer Expansion.

Im Falle einer Zementbeimischung, welche das expansive Material, das amorphe Calciumaluminat und das Dextrin umfaßt, beträgt die Menge des ex pansiven Materials vorzugsweise von 80 bis 98 Gew.-Teile, mehr bevorzugt von 90 bis 95 Gew.-Teile, in 100 Gew.-Teilen der Zementbeimischung. Falls die Menge kleiner ist als 80 Gew.-Teile, wird die Verstärkungseigenschaft ge ring und falls die Menge 98 Gew.-Teile übersteigt, wird der Effekt der Verhin derung der Wärmeerzeugung durch Hydration klein.

Das amorphe Calciumaluminat, das erfindungsgemäß verwendet wird, ist ein solches, das erhalten wird durch Schmelzen einer Mischung von CaO- Rohmaterial und Al₂O₃-Rohmaterial, Abschrecken der Schmelze, um einen Klinker zu erhalten, und Pulverisieren des Klinkers.

Die Schmelztemperatur für das amorphe Calciumaluminat variiert je nach den Verunreinigungen und unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. Im allgemeinen beträgt die Temperatur jedoch vorzugsweise von 1500 bis 1700°C.

Der CaO-Gehalt des amorphen Calciumaluminats beträgt von 35 bis 45 Gew.-%. Falls der Gehalt kleiner ist als 35 Gew.-%, wird die Ex pansiveigenschaft unzureichend, und falls der Gehalt 45 Gew.-% übersteigt, wird die Fließfähigkeit der Zementzusammensetzung gering, wodurch die Ar beitseffizienz beeinträchtigt wird.

Die Feinheit des amorphen Calciumaluminats variiert je nach dem spe ziellen Verwendungszweck. Die Feinheit ist im allgemeinen bevorzugt bei ei nem Niveau von einem Blainewert von 1500 bis 6000 cm²/g. Falls der Wert kleiner ist als 1500 cm²/g, wird keine ausreichende Expansiveigenschaft erhal ten und falls der Wert 6000 cm²/g übersteigt, wird die Verarbeitungseffizienz gering.

Im Falle einer Zementbeimischung, welche das expansive Material und das amorphe Calciumaluminat umfaßt, beträgt die Menge des amorphen Cal ciumaluminats vorzugsweise von 10 bis 100 Gew.-Teile, mehr bevorzugt von 20 bis 50 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile des expansiven Materials. Falls es weniger als 10 Gew.-Teile ausmacht, bilden sich leicht Risse in dem daraus hergestellten, gehärteten Zementprodukt. Falls die Menge 100 Gew.-Teile übersteigt, ist die Expansiveigenschaft unzureichend.

Falls bei der vorliegenden Erfindung chemische Vorspannung eingeführt werden soll, ist das Mischungsverhältnis des amorphen Calciumaluminat zu dem expansiven Material mit einem CaO/Al₂O₃ Molverhältnis von 6,5 bis 18 und einem CaSO₄/Al₂O₃ Molverhältnis von 1,5 bis 4 derart, daß das amorphe Calciumaluminat vorzugsweise von 20 bis 50 Gew.-Teile, mehr bevorzugt von 25 bis 35 Gew.-Teile, pro 100 Gew.-Teile des expansiven Materials ausmacht. Falls die Menge kleiner ist als 20 Gew.-Teile, wird die eingeführte Vorspan nung äußerst gering, und falls die Menge 50 Gew.-Teile übersteigt, wird die Verarbeitungseffizienz nachteilig beeinflußt.

Im Falle einer Zementbeimischung, welche das expansive Material, das amorphe Calciumaluminat, das latent hydraulische Material, das Verdickungs mittel und das Wasserreduktionsmittel umfaßt, beträgt die Menge des amor phen Calciumaluminats vorzugsweise von 3 bis 7 Gew.-Teile in 100 Gew.- Teilen eines Bindemittels, welches Zement, das latent hydraulische Material, das amorphe Calciumaluminat und das expansive Material umfaßt. Falls die Menge kleiner ist als 3 Gew.-Teile, wird keine Expansiveigenschaft erhalten, und falls die Menge 7 Gew.-Teile übersteigt, wird die Fließfähigkeit beein trächtigt, wodurch die Verarbeitungseffizienz nachteilig beeinflußt.

Ferner beträgt im Falle einer Zementbeimischung, die das expansive Material, das amorphe Calciumaluminat und das Dextrin umfaßt, die Menge des amorphen Calciumaluminats vorzugsweise von 10 bis 50 Gew.-Teile, mehr bevorzugt von 20 bis 40 Gew.-Teile in 100 Gew.-Teilen der Zementbeimi schung. Falls die Menge kleiner ist als 10 Gew.-Teile, bilden sich in dem da raus hergestellten gehärteten Zementprodukt leicht Risse, und falls die Menge 50 Gew.-Teile übersteigt, wird die Expansiveigenschaft unzureichend.

Das latent hydraulische Material, das erfindungsgemaß verwendet wird, wird dem Zement zur Verbesserung der Fließfähigkeit, der Beständigkeit ge genüber Trennung der Materialien und zur Verbesserung der Dichte einver leibt. Speziell kann es sich beispielsweise um ein Puzzolanmaterial, wie Silica staub, Flugasche oder Feinpulver von Hochofenschlacke handeln. Die Feinheit des latent hydraulischen Materials ist nicht speziell beschränkt, liegt jedoch vorzugsweise bei einem Niveau von einem Blainewert von mindestens 4000 cm²/g. Falls die Feinheit kleiner ist als 4000 cm²/g, wird keine ausrei chende Fließfähigkeit oder Beständigkeit gegen Trennung der Materialien erhalten.

Die Menge des latent hydraulischen Materials beträgt vorzugsweise von 10 bis 70 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge von Zement und latent hydraulischem Material. Falls die Menge kleiner ist als 10 Gew.-Teile, wird die Fließfähigkeit oder die Beständigkeit gegen Trennung der Materialien bei der Zementzusammensetzung unzureichend, und falls die Menge 70 Gew.- Teile übersteigt, wird die Fließfähigkeit äußerst gering.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das Verdickungsmittel verwendet, um die Fließfähigkeit aufrecht zu erhalten oder um eine Abtrennung der Mate rialien zu verhindern. Speziell erwähnt seien Verdickungsmittel aus wasserlös lichen Polymeren vom z. B. Methylcellulosetyp, Polyethylenglycoltyp, Ethyle noxidtyp, acrylischen Typ, wie Polyacrylamid, und Polyvinylalkoholtyp. Es kann jedoch auch ein Handelsprodukt das als eine wässerige nichtauftrennbare Beimischung zur Verfügung steht, verwendet werden.

Die wässerige, nicht auftrennbare Beimischung kann beispielsweise vom Methylcellulosetyp sein, wie "Askaclean", oder "Aquasetter", "Denkastabikon A" oder vom acrylischen Typ, wie "Seabetter", oder "Aronseacrete W".

Diese Verdickungsmittel können in einer Menge eingesetzt werden, wie sie von den jeweiligen Herstellern angegeben wird. Im allgemeinen beträgt die Menge eines derartigen Verdickungsmittels jedoch vorzugsweise von 0,01 bis 2 kg pro m³ Beton. Es ist ratsam, entsprechend des jeweiligen Verwendungs zwecks oder der Anwendungsbedingungen die Menge in zweckentsprechender Weise zu ändern.

Das erfindungsgemäß zu verwendende Wasserreduktionsmittel unter liegt keinen speziellen Beschränkungen. Es ist jedoch bevorzugt, ein hochlei stungsfähiges Wasserreduktionsmittel, ein hochleistungsfähiges AE-Wasser reduktionsmittel oder Wasserreduktionsmittel vom Kohlenwasserstoff-Sulfonsäure-Typ oder ein Fluidisiermittel zu verwenden.

Wasserreduktionsmittel können allgemein in einen Naphthalintyp, einen Mela mintyp, einen Polycarbonsäuretyp und einen Aminosulfonsäuretyp eingeteilt werden.

Als typische Beispiele seien "Maity 2000 WH", "Denka FT-500" oder "Denka FT-80", (Naphthalintyp), "Mermento F-10", oder "Sicament 1000H" (Melamintyp); "Darlex super 100PHX" oder "Darlex super 200", oder "Reobuild SP-8HS", (Polycarbonsäuretyp); und "Paric FP-100U" (Aminosulfonsäuretyp) erwähnt.

Diese Wasserreduktionsmittel können in einer solchen Menge verwen det werden, wie sie von den Herstellern jeweils angegeben werden. Im Falle des Naphthalintyps oder des Melamintyps beträgt die Menge jedoch vorzugs weise von 1 bis 4 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile eines Bindemittels, welches Zement, das expansive Material und das latent hydraulische Material umfaßt oder pro 100 Gew.-Teile eines Bindemittels, umfassend Zement, das expansive Material, das amorphe Calciumaluminat und das latent hydraulische Material.

In ähnlicher Weise beträgt im Falle des Polycarbonsäuretyps oder des Aminosulfonsäuretyps die Menge vorzugsweise von 1 bis 2 Gew.-Teile. Die Menge des Wasserreduktionsmittels ist jedoch nicht speziell beschränkt auf diese Beispiele.

Bei der vorliegenden Erfindung wird Dextrin als ein Mittel zur Unter drückung der Hydratationswärme des Zements verwendet. Sofern nur sein kalt löslicher Gehalt von 10 bis 65 Gew.-% beträgt, kann jedes beliebige Dextrin bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beispielsweise ein solches, das erhältlich ist durch Zugabe einer verdünnten Säure zu Stärke, gefolgt von Hitzezersetzung, eines solches, das erhältlich ist durch enzymatische Zerset zung von Stärke oder ein solches, das erhältlich ist durch Kondensation von Glucose.

Mit "kaltlöslicher Gehalt" an Dextrin wird hier die Menge an Dextrin verstanden, die sich in destilliertem Wasser bei einer Temperatur von 21°C auflöst. Speziell werden 10 g Dextrin in einen 200 ml-Kolben eingefüllt. An schließend werden 150 ml destilliertes Wasser bei einer Temperatur von 21°C zugegeben und das Gemisch wird eine Stunde bei einer Temperatur von 21 ± 1°C gehalten, gefolgt von Filtration. Das Filtrat wird bis zur Trockenheit destilliert, woraufhin das Verhältnis des dabei erhaltenen Dextrins zu dem un tersuchten Dextrin als kaltlöslicher Gehalt festgestellt wird.

Bei der vorliegenden Erfindung beträgt der kaltlösliche Gehalt von Dex trin von 10 bis 65 Gew.-%, vorzugsweise von 15 bis 50 Gew.-%, mehr bevor zugt von 20 bis 40 Gew.-%.

Die Menge an Dextrin beträgt vorzugsweise von 2 bis 20 Gew.-%, mehr bevorzugt, von 5 bis 10 Gew.-% in 100 Gew.-Teile einer Zementbeimischung, welche das expansive Material und das Dextrin enthält oder einer Zementbei mischung, welche das expansive Material, amorphes Calciumaluminat und das Dextrin umfaßt. Falls die Menge kleiner ist als 2 Gew.-Teile, wird der Effekt hinsichtlich einer Unterdrückung der Hydratationswärme klein, und falls die Menge 20 Gew.-Teile übersteigt, wird die Verstärkungseigenschaft niedrig.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Zementbeimischung eine solche, welche das expansive Material und das amorphe Calciumaluminat umfaßt und eine solche, welche das expan sive Material, das amorphe Calciumaluminat, das latent hydraulische Material, das Verdickungsmittel und das Wasserreduktionsmittel umfaßt, oder eine solche, welche das expansive Material, das amorphe Calciumaluminat und das Dextrin umfaßt.

Die Feinheit des Pulvers der erfindungsgemäßen Zementbeimischung hängt von dem speziellen Anwendungszweck ab und unterliegt keinen speziel len Beschränkungen. Die Feinheit liegt jedoch im allgemeinen vorzugsweise bei einem Niveau von einem Blainewert von 1500 bis 8000 cm²/g. Falls der Wert außerhalb dieses Bereichs liegt, wird in einigen Fällen keine ausreichende Expansiveigenschaft erhalten.

Im Fall einer Zementbeimischung, welche das expansive Material und das amorphe Calciumaluminat umfaßt, beträgt die Menge der Zementbeimi schung gewöhnlich vorzugsweise von 3 bis 20 Gew.-Teile, mehr bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-Teile, pro 100 Gew.-Teile des Zement. Falls die Menge kleiner ist als 3 Gew.-Teile, kann keine ausreichende Expansionseigenschaft erhalten werden, und falls die Menge 20 Gew.-Teile übersteigt, kommt es leicht zu ab normer Expansion.

Im Falle einer Zementbeimischung, welche das expansive Material und das amorphe Calciumaluminat umfaßt, und dann, wenn chemische Vorspan nung eingeführt werden soll, beträgt die Menge der Zementbeimischung ge wöhnlich vorzugsweise von 5 bis 20 Gew.-Teile, mehr bevorzugt von 7 bis 15 Gew.-Teile, in 100 Gew.-Teile von Zement und Zementbeimischung. Falls die Menge kleiner ist als 5 Gew.-Teile, wird das Ausmaß der eingeführten Vor spannung unzureichend und es kann kein zusätzlicher Effekt erwartet werden, selbst wenn die Menge 20 Gew.-Teile übersteigt.

Im Falle einer Zementbeimischung, welche das expansive Material, das amorphe Calciumaluminat und das Dextrin umfaßt, beträgt die Menge der Ze mentbeimischung vorzugsweise von 3 bis 20 Gew.-Teile, mehr bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-Teile in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und Ze mentbeimischung. Falls die Menge kleiner ist als 5 Gew.-Teile, kann keine aus reichende Expansiveigenschaft erhalten werden. Falls die Menge 20 Gew.- Teile übersteigt, tritt leicht abnorme Expansion ein.

Der Grund dafür, warum die Zementbeimischung, in der das expansive Material und das amorphe Calciumaluminat in Kombination verwendet werden in der Lage ist, die expansive Eigenschaft einer Zementmischung zu verbes sern, ist derzeit noch nicht klar. Man nimmt jedoch an, daß durch das gemein same Vorliegen des expansiven Materials und des amorphen Calciumaluminat eine Zeitverzögerung zwischen der Hydratationsreaktion des expansiven Mate rials und der Hydratationsreaktion des Matrixzements vermieden werden kann und daß gleichzeitig Calciumionen, die durch das Puzzolanmaterial in dem ge mischten Zement verbraucht werden, durch das amorphe Calciumaluminat wie der ergänzt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Zementbeimischung kann die Expansionsei genschaft auf den speziellen Verwendungszweck oder auf den zu verwenden den Zement eingestellt werden, und zwar durch Einstellung der Mischungsver hältnisse von dem CaO-Rohmaterial, dem Al₂O₃-Rohmaterial und dem CaSO₄-Rohmaterial als den Rohmaterialien für das expansive Material oder durch Einstellung des Mischungsverhältnisses des expansiven Materials und des amorphen Calciumaluminats.

Als Zement kann man in diesem Zusammenhang verschiedene Portland zemente verwenden, wie normalen Portlandzement, Portlandzement mit hoher Frühfestigkeit, Portlandzement mit ultrahoher Frühfestigkeit und Portlandze ment mit mäßiger Wärmeentwicklung (moderate heat portland cement), sowie verschiedene gemischte Zemente mit einem Puzzolanmaterial, wie Hochofen schlacke oder Flugasche, die derartigen Portlandzementen zugemischt ist oder Zemente mit geringer Wärmeerzeugung, welche die gemischten Zemente als die Basis verwenden, sowie Aluminiumoxidzemente. Die Merkmale der vorlie genden Erfindung kommen insbesondere dann zum tragen, wenn gemischte Ze mente verwendet werden.

Bei der vorliegenden Erfindung können, zusätzlich zu der Zementbeimi schung, ein oder mehrere Mitglieder aus der folgenden Gruppe einverleibt wer den in einem Bereich, in dem der erfindungsgemäße Zweck nicht im wesentli chen beeinträchtigt wird. Diese Gruppe besteht aus Härtungsmodifiziermitteln, Zuschlagstoffen wie Sand und Kies, einem Wasserreduktionsmittel vom Kohlenwasserstoff-Sulfonsäure-Typ (AE-Mittel), einem Rostschutzmittel, einem Gefrierschutzmittel, einer Polymeremulsion, Tonmineralien wie Bento nit und Montmorillonit, Ionenaustauschern wie Zeolit, Hydrotalcid und Hydro calumit, anorganischen Sulfaten, wie Aluminiumsulfat und Natriumsulfat, an organischen Phosphaten und Borsäure.

Das Verfahren des Vermischens oder Knetens der Zementbeimischung oder der Zementzusammensetzung unterliegt keinen speziellen Beschränkun gen und es kann eine herkömmliche Methode angewandt werden. Die jeweilig en Materialien können vorgemischt sein und dann zu einem Zement vermischt werden. Sie können auch gesondert zu Zement gemischt werden. Die jeweilig en Materialien können auch zum Zeitpunkt der Anwendung vermischt werden. Man kann auch einige oder alle von ihnen vormischen.

Als Vorrichtung zum Vermischen der Zementbeimischung mit dem Ze ment usw. kann man eine herkömmliche Mischapparatur verwenden, beispiels weise einen geneigten Trommelmischer, einen Omuni-Mischer, einen Mischer mit V-Form, einen Henschel-Mischer oder einen Nauter-Mischer.

Die zu verwendende Wassermenge kann auf ein Niveau eingestellt wer den, wie es herkömmlicherweise für gewöhnlichen Mörtel oder Beton verwen det wird, und unterliegt keinen speziellen Beschränkungen.

Das Härtungsverfahren für ein gehärtetes Zementprodukt, das mit der er findungsgemäßen Zementbeimischung hergestellt wurde, unterliegt keinen spe ziellen Beschränkungen und man kann jedes beliebige herkömmliche Verfahren anwenden, wie Härtung bei Normaltemperatur und Normaldruck, Härtung mit Dampf, Härtung mit hoher Temperatur und hohem Druck oder Härtung unter Druck.

Bei der Herstellung von chemisch vorgespanntem Beton, unter Verwen dung der erfindungsgemäßen Zementbeimischung, ist es gebräuchliche Praxis, zunächst einen spannungsisolierenden Kern in der Form anzuordnen. Der span nungsisolierende Kern wird verwendet, um eine Zugspannung in den Beton zu übertragen. Speziell können ein PC-Stahlmaterial, hergestellt aus Stahl mit ho her Zugfestigkeit oder ein zugbeanspruchbares Material aus faser-verstärktem Kunststoff, bei denen Fa sern durch eine organische Substanz fixiert sind, eingesetzt werden. Das Ver fahren zur Anordnung des Spannungsisolierkerns unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, bevorzugt wird jedoch eine Anordnung in der Richtung, vor genommen in der die Zugspannung ausgeübt wird.

Das Verfahren zur Applikation einer Zementmischung, die unter Ver wendung der erfindungsgemäßen Zementbeimischung hergestellt wurde, ist nicht speziell beschränkt, und es kann eine herkömmliche Methode angewandt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen im Detail erläu tert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung durch die speziellen Beispiele nicht beschränkt wird.

Beispiel 1

Die Reagenzien von CaO-Rohmaterial, Al₂O₃-Rohmaterial und CaSO₄-Rohmaterial werden derart vermischt, daß das Produkt ein Molverhält nis annimmt, wie es in Tabelle 1 angegeben ist. Anschließend erfolgt ein Brand in einem elektrischen Ofen bei 1300°C während einer Stun de, um einen Klinker zu erhalten.

Dieser Klinker wird pulverisiert und auf einen Blainewert von 3000 ± 200 cm²/g eingestellt, um das expansive Material für die Zementbeimischung zu erhalten.

Die molaren Mengen an CaO, Al₂O₃ und CaSO₄ des expansiven Materials wer den aus den chemischen Analysenwerten ermittelt. CaSO₄ wird aus den chemi schen Analysenwerten von SO₃ berechnet und CaO ist der Wert, der erhalten wird, indem man von dem Gesamt-CaO den CaO-Gehalt in CaSO₄ subtrahiert.

Als Zement wird Zement α verwendet und die erhaltene Zementbeimi schung wird in einer Menge einverleibt, wie in Tabelle 1 spezifiziert ist, und zwar auf 100 Gew.-Teile des Zements, um einen Mörtel mit Wasser/(Zement+ Zementbeimischung) = 60% und (Zement+Zementbeimischung)/Sandverhältnis = 1/2 zu erhalten. Der Mörtel wird anschließend an der Luft bei 20°C unter ei ner Feuchtigkeit von 80% gehärtet. Daraufhin wird der Ausdehnungskoeffizient gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Zu Vergleichszwecken wird das Experiment auf die gleiche Weise durchgeführt, unter Verwendung eines im Handel erhältlichen expansiven Ma terials. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Verwendete Materialien

CaO-Rohmaterial: Calciumcarbonat
Al₂

O₃

-Rohmaterial: Aluminiumoxid
CaSO₄

-Rohmaterial: Wasserfreier Gips
Im Handel erhältliches expansives Material δ: "Onada Expan", Blainewert: 3100 cm²

/g
Im Handel erhältliches expansives Material ε: "Denka CSA#20", Blainewert: 2950 cm²

/g
Zement α: Normaler Portlandzement
Sand: Standardsand
Wasser: Leitungswasser.

Testmethoden

Ausdehnungskoeffizient: Gemäß JIS A6202 (Methode B)

Tabelle 1

Beispiel 2

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 durchge führt mit der Ausnahme, daß man als den Zement einen Zement β verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Verwendete Materialien

Zement β: Hochofenschlackezement.

Tabelle 2

Beispiel 3

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 durchge führt, mit der Ausnahme, daß das CaO-Rohmaterial, das Al₂O₃-Rohmaterial und das CaSO₄-Rohmaterial geändert werden und das expansive Material mit einem Drehofen bei einer maximalen Brenntemperatur von 1400°C gebrannt wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.

Verwendete Materialien

CaO-Rohmaterial: Kalkstein, Blainewert: 3840 cm²

/g
Al₂

O₃

-Rohmaterial: Aluminiumrückstandsasche
CaSO₄

-Rohmaterial: Wasserfreier Gips, Blainewert: 4210 cm²

/g.

Tabelle 3

Beispiel 4

Die Reagenzien von CaO-Rohmaterial und Al₂O₃-Rohmaterial, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, werden in einem molaren Verhältnis von CaO : Al₂O₃ = 10 : 8 vermischt, und anschließend in einem elektrischen Ofen bei 1650°C geschmolzen und daraufhin abgeschreckt, um einen Klinker aus amor phen Calciumaluminat zu erhalten. Dieser wird pulverisiert, um amorphes Cal ciumaluminat mit einem Blainewert von 3410 cm²/g zu erhalten.

Das amorphe Calciumaluminat (A-CA) wird in einer Menge einverleibt, wie sie in Tabelle 4 angegeben ist, und zwar pro 100 Gew.-Teile des expansi ven Materials, das in Beispiel 1 erhalten wurde und man erhält eine Zement beimischung.

Als der Zement wird der Zement α verwendet und die erhaltene Zement beimischung wird in einer Menge einverleibt, wie sie in Tabelle 4 angegeben ist, und zwar pro 100 Gew.-Teile des Zements. Man erhält einen Mörtel mit Wasser/(Zement+Zementbeimischung) = 50% und (Zement+Zementbei mischung)/Sandverhältnis = 1/2, der an der Luft bei 20°C unter einer Luft feuchtigkeit von 80% gehärtet wird. Der Ausdehnungskoeffizient wird gemes sen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.

Verwendete Materialien

Sand: Flußsand.

Beispiel 5

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 durchge führt, mit der Ausnahme, daß 30 Gew.-Teile A-CA mit einem CaO-Gehalt wie er in Tabelle 5 angegeben ist auf 100 Gew.-Teile des expansiven Materials mit einem CaO : Al₂O₃ : CaSO₄ Molverhältnis von 10 : 1 : 2,5, verwendet werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5

Beispiel 6

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 durchge führt, mit der Ausnahme, daß als Zement, Zement β verwendet wird. Die Er gebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

Beispiel 7

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 6 durchge führt, mit der Ausnahme, daß das expansive Material, das in Beispiel 3 erhalten wurde, eingesetzt wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.

Beispiel 8 (Vergleichsbeispiel)

Das CaO-Rohmaterial, das Al₂O₃-Rohmaterial und das CaSO₄-Rohmate rial werden geändert und Klinker des expansiven Materials werden auf die glei che Weise wie in Beispiel 3 gebrannt, unter Verwendung eines Drehofens bei einer maximalen Brenntemperatur von 1400°C, gefolgt von Pulverisierung, um verschiedene expansive Materialien mit einem Blainewert von 3000 ± 200 cm²/g zu erhalten.

Als der Zement wird Zement α verwendet und es werden 30 Gew.-Teile eines latent hydraulischen Materials in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und latent hydraulischen Material, und 7 Gew.-Teile eines der so her gestellten expansiven Materialien in 100 Gew.-Teilen eines Bindemittels, um fassend den Zement, das expansive Material und das latent hydraulische Mate rial, werden vermischt, um einen Beton zu erhalten, in dem die Einheitsmenge des Bindemittels 460 kg/m³ beträgt, und die Einheitsmenge der anderen Kom ponenten wie folgt ist: 158,1 kg/m³ Wasser, 889 kg/m³ feine Zuschlagsstoffe, 741 kg/m³ grobe Zuschlagsstoffe, 20 g/m³ Verdickungsmittel, 6,9 kg/m³ eines Wasserreduktionsmittels und 23 g/m³ eines AE-Mittels (Wasserreduktionsmittel vom Kohlenwasserstoff-Sulfonsäure-Typ).

Unter Verwendung dieses gekneteten Betons werden der Fließwert der Masse und der VF-Wert als Indizes für die Fließfähigkeit gemessen. Ferner wird dieser Beton in eine Form von 10×10×40 cm eingefüllt. Zwanzig Stunden später wird das geformte Produkt aus der Form entfernt und 24 Stunden später wird der Ausdehnungskoeffizient des einen Tag alten Materials gemessen. An schließend wird das Produkt in Wasser gehärtet und die Ausdehnungskoeffi zienten des nur 3 Tage alten Materials und des 7 Tage alten Materials werden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 zusammengestellt.

Verwendete Materialien

CaO-Rohmaterial: Kalksteinpulver
Al₂

O₃

-Rohmaterial: Bauxit
CaSO₄

-Rohmaterial: Als Nebenprodukt anfallender wasserfreier Gips aus der Produktion von Fluorwasser stoffsäure
Expansives Material a: CaO:Al₂

O₃

:CaSO₄

Molverhältnis = 5 : 1 : 2,5, Blainewert: 2990 cm²

/g
Expansives Material b: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 6,5 : 1 : 2,5, Blainewert: 3120 cm²

/g
Expansives Material c: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 2,5, Blainewert: 3140 cm²

/g
Expansives Material d: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 15 : 1 : 2,5, Blainewert: 3010 cm²

/g
Expansives Material e: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 18 : 1 : 2,5, Blainewert: 3100 cm²

/g
Expansives Material f: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 20 : 1 : 2,5, Blainewert: 3060 cm²

/g
Expansives Material g: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 1, Blainewert: 2960 cm²

/g
Expansives Material h: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 1,5, Blainewert: 3110 cm²

/g
Expansives Material i: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 3,0, Blainewert: 3050 cm²

/g
Expansives Material j: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 4,0, Blainewert: 2880 cm²

/g
Expansives Material k: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 5,0, Blainewert: 2920 cm²

/g
Latent hydraulisches Material A: Flugasche
Verdickungsmittel: Methylcellulose
Wasserreduktionsmittel: "Darlex super 100 PHX" Hauptkomponente: Polycarbonsäure-Typ
AE-Mittel: "AEA-S" Hauptkomponente: Sulfonsäurekohlenwasserstoff-Typ
Feine Zuschlagsstoffe: spezifisches Gewicht: 2,63, FM 2,74
Grobe Zuschlagsstoffe: spezifisches Gewicht: 2,67, FM 6,94.

Testmethoden

Fließwert der Masse: Die Ausbreitung des Betons wird an zwei Punkten in ver tikaler Richtung gemessen und zwar entsprechend dem "Test of Aqueous Inse parable Concrete, Slump Flow Test" in der Anlage 1 von Aqueous Inseparable Concrete Manual, herausgegeben von der Foundation Engan Kaihatsu Gijutsu Center und Gyoko Gyoson Kensetsu Gijutsu Kenkyusho.

VF-Wert: Unter Verwendung eines V.F. Consistometers, vorschlagen von Civil Engineering Association, wird die Zementzusammensetzung aus einer Perfora tion am unteren Abschnitt eines Zylinders ohne Vibration ausfließen lassen und das Absenken der oberen Oberfläche der Zementzusammensetzung in dem zy lindrischen Behälter zu dem Zeitpunkt, wenn der Fluß stoppt, wird gemessen. Der gemessene Wert wird als der VF-Wert genommen.

Fülleigenschaft: Die Fülleigenschaft von Beton wird ohne Vibration bewertet. In einem transparenten Acrylbehälter mit einem horizontalen Querschnitt von 50×50 cm und einer Höhe von 40 cm, wird eine Gesamtmenge von 56 Verstär kungsstäben mit 16 mm Durchmesser angeordnet, und zwar in 8 Reihen in ho rizontaler Richtung und 7 Reihen in vertikaler Richtung parallel zu einander in horizontaler Richtung mit einem Abstand von 50 mm sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung, und zwar so, daß ein Raum, in dem kein Stab an geordnet ist, an einer Seite des Behälters geschaffen wird. In diesen Raum wird der Beton eingefüllt und die Fülleigenschaften in dem Bereich mit Stabanord nung wird bewertet anhand der Zeit, die zur vollständigen Füllung erforderlich ist. Die Bewertung erfolgt durch Symbole ×, ○ und . Das Symbol × zeigt an, daß es mindestens 15 Sekunden dauert, ○ 10 Sekunden oder weniger und 7 Sekunden oder weniger, bis das Füllen vollständig ist.

Beispiel 9 (Vergleichsbeispiel)

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 durchge führt mit der Ausnahme, daß die Menge des expansiven Materials c in 100 Gew.-Teilen des Bindemittels, welches den Zement, das expansive Material und das latent hydraulische Material umfaßt, gemäß Tabelle 9 geändert wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 zusammengestellt.

Beispiel 10 (Vergleichsbeispiel)

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 durchge führt, mit der Ausnahme, daß das expansive Material c verwendet wird. Außer dem werden der Typ und die Menge des latent hydraulischen Materials in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und latent hydraulischen Material geändert, wie in Tabelle 10 zu sehen ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.

Verwendetes Material

Latent hydraulisches Material B: Hochofenschlacke, Blainewert: 4200 cm²

/g.

Beispiel 11

Als CaO-Rohmaterial wird Kalksteinpulver verwendet, erzeugt aus der Oumimine von Denki Kagaku Kogyo K. K., und als Al₂O₃-Rohmaterial wird im Handel erhältlicher Bauxit verwendet. Das ganze wird in einem elektrischen Ofen bei 1650°C geschmolzen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 ab geschreckt. Man erhält einen Klinker von A-CA, der pulverisiert wird, um A-CA zu erhalten.

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 durchge führt, mit der Ausnahme, daß Zement α als der Zement verwendet wird, A-CAa als A-CA verwendet wird und 30 Gew.-Teile des latent hydraulischen Materials in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und latent hydrau lischen Material, 7 Gew.-Teile des expansiven Materials in 100 Gew.-Teile des Bindemittels, umfassend den Zement, das expansive Material, A-CA und das latent hydraulische Material und 5 Gew.-Teile A-CA vermischt werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt.

Verwendetes Material

A-CAa: CaO-Gehalt 40 Gew.-%, Blainewert: 3120 cm²

/g.

Beispiel 12

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 11 durchge führt, mit der Ausnahme, daß die Menge des expansiven Materials c in 100 Gew.-Teilen des Bindemittels, welches den Zement, das expansive Material, A-CA und latent hydraulische Material umfaßt, gemäß Tabelle 12 geändert wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 gezeigt.

Beispiel 13

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 11 durchge fährt, mit der Ausnahme, daß das expansive Material c verwendet wird und der Typ und die Menge des latent hydraulischen Materials in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und latent hydraulischen Material, gemäß Tabelle 13 geändert wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.

Tabelle 13

Beispiel 14

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 11 durchge führt, mit der Ausnahme, daß der Typ und die Menge an A-CA in 100 Gew.- Teilen des Bindemittels, welches den Zement, das expansive Material c, A-CA und latent hydraulische Material umfaßt, gemäß Tabelle 14 geändert werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 14 gezeigt.

Verwendete Materialien

A-CAb: CaO-Gehalt 35 Gew.-%, Blainewert: 3150 cm²

/g
A-CAc: CaO-Gehalt 45 Gew.-%, Blainewert: 3090 cm²

/g.

Tabelle 14

Beispiel 15 (Vergleichsbeispiel)

Ein Klinker des expansiven Materials wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 erhalten und bis auf einen Blainewert von 3000 ± 200 cm²/g pulveri siert. Auf diese Weise erhält man verschiedene expansive Materialien. Als Ze ment wird Zement α verwendet und eine Zementbeimischung, umfassend 94 Gew.-Teile eines der expansiven Materialien und 6 Gew.-Teile Dextrin A wird in einer Menge von 7 Gew.-Teilen in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und Zementbeimischung vermischt, um einen Mörtel zu erhalten mit einem Wasser/(Zement+Zementbeimischung) Verhältnis = 45% und (Zement+Zementbeimischung)/Sand = 1/2 und mit einer Temperatur von 20 ± 3°C nach vollständiger Vermischung. Daraufhin wird die Temperatur im Zentrum des Mörtels, sowie der Ausdehnungskoeffizient gemessen. Die Ergeb nisse sind in Tabelle 15 gezeigt.

Verwendete Materialien

Expansives Material l: CaO:Al₂

O₃

:CaSO₄

Molverhältnis = 4 : 1 : 2,5
Expansives Material m: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 6,5 : 1 : 2,5
Expansives Material n: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 2,5
Expansives Material o: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 18 : 1 : 2,5
Expansives Material p: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 20 : 1 : 2,5
Expansives Material q: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 1
Expansives Material r: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 1,5
Expansives Material s: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 4
Expansives Material t: CaO : Al₂

O₃

: CaSO₄

Molverhältnis = 10 : 1 : 5
Dextrin A: "MF30", in kaltem Wasser löslicher Anteil: 30 Gew.-%
Feine Zuschlagsstoffe: Flußsand, 5 mm oder kleiner.

Meßmethode

Die Temperatur an dem Zentrum des Mörtels: etwa 3,5 l Mörtel werden in einen zylindrischen Behälter gefällt, der aus einem geschäumten Styrol be steht und eine Höhe von 30 cm aufweist. Der Behälter hat einen Innendurch messer von 13 cm und eine Dicke von 10 cm. Man härtet bei einem Konstant temperaturraum bei 20°C. Dabei wird die Temperatur im Zentrum des Mörtels automatisch mit einem Bimetallthermofühler gemessen.

Beispiel 16 (Vergleichsbeispiel)

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 15 durchge führt, mit der Ausnahme, daß das expansive Material n verwendet, und die Menge der Zementbeimischung, die den 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und Zementbeimischung einverleibt wird, geändert wird. Die Er gebnisse sind in Tabelle 16 gezeigt.

Tabelle 16

Beispiel 17 (Vergleichsbeispiel)

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 15 durchge führt, mit der Ausnahme, daß das Zement γ als der Zement verwendet wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 17 gezeigt.

Verwendetes Material

Zement γ: Hochofenschlackenzement.

Beispiel 18 (Vergleichsbeispiel)

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 17 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das expansive Material m verwendet wird und der Typ von Dextrin sowie die Menge an Dextrin in 100 Gew.-Teilen der Zementbeimischung geändert werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 18 zusammengestellt.

Verwendete Materialien

Dextrin B: In kaltem Wasser löslicher Anteil: 10 Gew.-%
Dextrin C: In kaltem Wasser löslicher Anteil: 45 Gew.-%
Dextrin D: In kaltem Wasser löslicher Anteil: 65 Gew.-%.

Tabelle 18

Beispiel 19 (Vergleichsbeispiel)

Eine Zementbeimischung, umfassend 94 Gew.-Teile des expansiven Materials n und 6 Gew.-Teile Dextrin A wird in einer Menge von 7 Gew.- Teilen in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und Zementbeimi schung vermischt. 352 Gew.-Teile grobe Zuschlagsstoffe und 255 Gew.-Teile feine Zuschlagsstoffe werden einverleibt, um einen Beton zu erhalten, der auf ein Wasser/(Zement+Zementbeimischung) Verhältnis von 53% eingestellt ist und nach vollständigem Vermischen eine Temperatur von 20°C aufweist. Die ser Beton wird in eine Form von 50×50×50 cm gefüllt, bestehend aus Eisen, wobei vier Seiten durch geschäumtes Styrol, mit einer Dicke von 10 cm isoliert sind und zwei Seiten für die Wärmeabgabe offen sind. Die Härtung erfolgt in einem Konstanttemperaturraum bei 20°C. Dabei wird die Temperatur im Zen trum des Betons automatisch mit einem Thermofühler gemessen. Ferner wird der Ausdehnungskoeffizient gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 19 gezeigt.

Verwendetes Material

Grobe Zuschlagsstoffe: Flußkies G_max

= 25 mm.

Tabelle 19

Beispiel 20

Es wird das in Beispiel 4 verwendete A-CA eingesetzt. Eine Zement beimischung, umfassend 69 Gew.-Teile eines der expansiven Materialien, 25 Gew.-Teile A-CA und 6 Gew.-Teile Dextrin A wird in einer Menge von 10 Gew.-Teilen in 100 Gew.-Teilen in einer Gesamtmenge von Zement α und der Zementbeimischung vermischt, um einen Mörtel zu erhalten mit einem Was ser/(Zement+Zementbeimischung) Verhältnis von 45% und (Zement+Zement beimischung)/Sand = 1/2. Die Temperatur nach vollstandigem Kneten beträgt 20+0,3°C. Die Temperatur im Zentrum des Mörtels und der Ausdehnungskoef fizient werden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 20 gezeigt.

Beispiel 21

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 20 durchge führt, mit der Ausnahme, daß das expansive Material n verwendet wird und die Menge der Zementbeimischung, die den 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und Zementbeimischung einverleibt wird, geändert wird. Die Er gebnisse sind in der Tabelle 21 gezeigt.

Tabelle 21

Beispiel 22

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 20 durchge führt, mit der Ausnahme, daß Zement γ verwendet wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 22 gezeigt.

Beispiel 23

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 22 durchge führt, mit der Ausnahme, daß das expansive Material n verwendet wird und die Menge an A-CA geändert wird, während die Mengen an Zementbeimischung und Dextrin in der Zementbeimischung konstant gehalten werden. Die Ergeb nisse sind in Tabelle 23 gezeigt.

Tabelle 23

Beispiel 24

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 22 durchge führt, mit der Ausnahme, daß das expansive Material n verwendet wird und der Typ von Dextrin und die Menge Dextrin in 100 Gew.-Teilen der Zementbeimi schung geändert werden, während man die Mengen der Zementbeimischung und des A-CA in der Zementbeimischung konstant hält. Die Ergebnisse sind in Tabelle 24 gezeigt.

Tabelle 24

Beispiel 25

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 19 durchge führt mit der Ausnahme, daß eine Zementbeimischung, umfassend 69 Gew.- Teile des expansive Material n, 65 Gew.-Teile A-CA und 6 Gew.-Teile Dex trin A in einer Menge von 10 Gew.-Teilen in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmen ge von Zement und Zementbeimischung einverleibt werden und 352 Gew.- Teile grobe Zuschlagsstoffe und 255 Gew.-Teile feine Zuschlagsstoffe einver leibt werden, um einen Beton zu erhalten der eine Zusammensetzung mit einem Wasser/(Zement+Zementbeimischung) Verhältnis von 49% aufweist und auf eine Temperatur eingestellt wurde, die nach dem vollständigen Kneten 20°C beträgt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 25 gezeigt.

Tabelle 25

Beispiel 26 (Vergleichsbeispiel)

Ein expansives Material wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 15 hergestellt und als Zementbeimischung verwendet wird. Unter Verwendung von Zement β als dem Zement wird ein Beton mit einem Wasser/(Zement+ Zementbeimischung) Verhältnis von 40% und einem Gehalt der feinen Zu schlagsstoffe von 39% hergestellt, indem man 1 Gew.-Teil Wasserreduktions mittel pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge von Zement und Zementbeimi schung verwendet, wobei eine Einheitsmenge des Zements 385 kg/m³ beträgt und die Einheitsmengen der Zementbeimischung, feinen Zuschlagsstoffe, gro ben Zuschlagsstoffe und Wasser 45 kg/m³, 654 kg/m³, 1054 kg/m³ bzw. 172 kg/m³ betragen.

Unter Verwendung eines PC-Stahlstabs als Hauptverstärkung und eines PC-Stahldrahts als Spiralverstärkung, wird ein Zugisolationskern mit einem Stahlverhältnis von 0,4% in einer Form angeordnet. Der vorbereitete Beton wird eingeführt und mit Zentrifugalkraft zu einem Betonrohr mit einem Durch messer von 20 cm, einer Länge von 25 cm und einer Wandstärke von 40 ± 1 mm geformt. Das ganze wird 24 Stunden in einem Raum zur Härtung stehen gelas sen. Anschließend wird das Betonrohr ausschalt und einer Dampfhärtung bei 65°C während 10 Stunden unterworfen. Nach der Dampfhärtung wird das Rohr draußen einer Wassersprühhärtung unterzogen.

Die Spannung wird mit einem Spannungsmeßgerät gemessen, das zuvor mit der Spiralenverstärkung verbunden wurde und die Menge der Vorspan nung, die in Meßrichtung des Betons eingeführt wurde, wird bei einem Mate rial bestimmt, das 28 Tage alt ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 26 gezeigt.

Verwendete Materialien

Wasserreduktionsmittel: "Denka FT-500G"
Feine Zuschlagsstoffe: Flußsand
Grobe Zuschlagsstoffe: Flußkies G_max

: 15 mm.

Tabelle 26

Beispiel 27 (Vergleichsbeispiel)

Unter Verwendung einer Zementbeimischung, die zusammengesetzt ist aus dem expansives Material n, wird ein Beton mit einem Wasser/(Zement+ Zementbeimischung) Verhältnis von 38% und einem Gehalt der feinen Zu schlagsstoffe von 39% hergestellt, und zwar unter Verwendung von 1 Gew.- Teil eines Wasserreduktionsmittels pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge von Zement und Zementbeimischung, mit einer Einheitsmenge des Zements von 390 kg/m³ und mit Einheitsmengen von Zementbeimischung, feinen Zuschlags stoffen, groben Zuschlagsstoffen und Wasser von 50 kg/m³, 685 kg/m³, 1 098 kg/m³ bzw. 167 kg/m³.

Unter Verwendung des hergestellten Betons wird ein kastenförmiger Kanal mit einer äußeren Dimension von 2340×2340×1500 mm, einer Dicke von 170 mm und einer Hüftbereichsdimension von 150 mm geformt.

Stahlverstärkungen werden in Doppelstabanordnung vorgenommen, wo bei das Stahlverhältnis 1,6% in der Hauptverstärkungsstabseite und 0,25% bei der Verteilungsstabseite beträgt. 3 Stunden nach der Einführung des Betons wird eine Dampfhärtung durchgeführt, bei einer Temperatursteigerungsrate von 16°C/h und die Form wird bei der Maximaltemperatur von 65°C während 3 Stunden gehalten. Nach der Dampfhärtung wird die Form auf natürliche Wei se abkühlen gelassen. 24 Stunden später wird das Formprodukt aus der Form entfernt und bei Zimmertemperatur stehen gelassen. Bei einem Material, das 14 Tage alt ist, wird die Spannung mit dem Spannungsmeßgerät gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 27 gezeigt.

Tabelle 27

Beispiel 28 (Vergleichsbeispiel)

Unter Verwendung einer Zementbeimischung, die aus dem expansiven Material n besteht, wird ein Mörtel mit einem Mörtelfließwert von 200 ± 20 mm bei W/C = 34% hergestellt. Dabei beträgt die Zementbeimischung 8 Gew.- Teile pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge von Zement und Zementbeimi schung und das (Zement+Zementbeimischung)Sandverhältnis beträgt 1/1,8.

Durch Zentrifugierformen mit 25G bei der maximalen Rotation wird ein Stahlrohr von 10 cm im Durchmesser×30 cm in einer Dicke von 0,5 cm mit dem bereiteten Mörtel ausgekleidet.

Das erhaltene, mit Mörtel ausgekleidete Stahlrohr wird 4 Stunden ste hengelassen und dann mit einer Temperatursteigerungsrate von 16°C/h erhitzt. Anschließend wird eine Dampfhärtung durchgeführt, wobei man das Rohr 3 Stunden bei der Maximaltemperatur von 50°C hält.

Anschließend wird das Produkt auf natürliche Weise abgekühlen gelas sen, nach 24 Stunden aus der Form entnommen und anschließend draußen ste hengelassen. Der Zustand hinsichtlich Rissen und Ablösung wird bei einem Material beobachtet, das ein Jahr alt ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 28 gezeigt.

Tabelle 28

Beispiel 29 (Vergleichsbeispiel)

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 26 durchge führt, mit der Ausnahme, daß, eine Zementbeimischung verwendet wird, die aus dem expansiven Material n besteht, und daß die Menge der Zementbeimi schung 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge von Zement und Zementbeimi schung gemäß Tabelle 29 geändert wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 29 ge zeigt.

Tabelle 29

Beispiel 30

Unter Verwendung von Zement β, als dem Zement und A-CAa wie in Beispiel 11 werden 100 Gew.-Teile eines expansiven Materials, das auf die gleiche Weise wie in Beispiel 15 hergestellt wurde, und 30 Gew.-Teile A-CA vermischt, um eine Zementbeimischung zu erhalten.

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 26 durchge führt, mit der Ausnahme, daß die Einheitszementmenge 374 kg/m³ beträgt und die Einheitszementmenge der Zementbeimischung 56 kg/m³ beträgt. Die Ergeb nisse sind in Tabelle 30 gezeigt.

Tabelle 30

Beispiel 31

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 30 durchge führt, mit der Ausnahme, daß eine Zementbeimischung, die aus dem expansi ven Material n, verwendet wird und der Typ von A-CA geändert. Die Ergebnis se sind in Tabelle 31 gezeigt.

Tabelle 31

Beispiel 32

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 27 durchge führt, mit der Ausnahme, daß eine Zementbeimischung, welche 100 Gew.-Teile des expansiven Materials n und 30 Gew.-Teile A-CAa umfaßt, verwendet wird. Die Einheitszementmenge beträgt 383 kg/m³, die Einheitsmenge an Zementbei mischung und Wasser betragen 57 kg/m³ bzw. 176 kg/m³ und das Wasser/ (Zement+Zementbeimischung) Verhältnis beträgt 40%. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 32 gezeigt.

Tabelle 32

Beispiel 33

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 28 durchge führt, mit der Ausnahme, daß eine Zementbeimischung verwendet wird, welche 100 Gew.-Teile des expansiven Materials n und 30 Gew.-Teile A-CAa umfaßt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 33 gezeigt.

Tabelle 33

Beispiel 34

Das Experiment wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 29 durchge führt, mit der Ausnahme, daß eine Zementbeimischung, umfassend 100 Gew.- Teile des expansiven Materials n und 30 Gew.-Teile A-CAa verwendet wird und die Menge der Zementbeimischung in 100 Gew.-Teilen der Gesamtmenge des Zements und der Zementbeimischung, gemäß Tabelle 34 geändert wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 34 gezeigt.

Tabelle 34

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zementbeimischung lassen sich sogar bei einem gemischten Zement ausgezeichnete Expansiveigenschaf ten und ausgezeichnete Effekte hinsichtlich einer Verringerung der Hydratati onswärme erzielen. Es ist möglich, einen Beton mit hervorragender Dimen sionsstabilität zu erhalten, der keine Kompaktierung erfordert.

Ferner wird ein chemisch vorgespannter Beton geschaffen, bei dem eine große Menge an Vorspannung eingeführt wurde.

Claims

1. Zementbeimischung, umfassend ein
expansives Material, das hergestellt wurde unter Vermischen von CaO-Rohmaterial, Al₂O₃-Rohmaterial und CaSO₄- Rohmaterial, gefolgt von einer Hitzebehandlung, so daß es danach ein CaO/Al₂O₃Molverhältnis von 6,5 bis 18 und ein CaSO₄/Al₂O₃ Molverhältnis von 1,5 bis 4 aufweist
und ein amorphes Calciumaluminat mit einem CaO-Gehalt von 35 bis 45 Gew.-%.

2. Zementbeimischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein latenthydraulisches Material, ein Verdickungsmittel und ein Wasser reduktionsmittel enthalten sind.

3. Zementbeimischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dextrin, mit einem in kaltem Wasser löslichen Anteil von 10 bis 65 Gew.-%, enthalten ist.

4. Zementzusammensetzung, umfassend Zement und die in einem der Ansprüche 1 bis 3 definierte Zementbeimischung.

5. Verwendung der Zementzusammensetzung nach Anspruch 4 zur Herstellung eines chemisch vorgespannten Betons.