DE60001390T2

DE60001390T2 - Schnellhärtender zement enthaltend kalk und aluminate

Info

Publication number: DE60001390T2
Application number: DE60001390T
Authority: DE
Inventors: Lorenzo Barcella; Umberto Costa
Original assignee: Italcementi SpA
Current assignee: Italcementi SpA
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: WO2000051947A1; AU3162400A; PT1159233E; US6602343B1; ATE232510T1; DE60001390D1; ITMI990419A1; EP1159233A1; ES2192519T3; IT1308638B1; EP1159233B1

Description

Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Bindemittel mit einer kurzen Abbindezeit für die Verwendung in Zementzusammensetzungen, welche aus einem Klinker, der Kalziumfluoraluminat 11 CaO·7Al&sub2;O&sub3;·CaF&sub2; (nachfolgend mit C&sub1;&sub1;A&sub7;f abgekürzt), enthält, Natriumaluminat, wahlweise Natriumbikarbonat und Kalk, der noch nicht dem Brennvorgang des Klinkers ausgesetzt worden ist, bestehen.
In dem vorliegenden Text werden die folgenden Abkürzungen benutzt:
CaO = C; Al&sub2;O&sub3; = A, SiO&sub2; = S; CaF&sub2; = f; Fe&sub2;O&sub3; = F;
11CaO·7Al&sub2;O&sub3;·CaF&sub2; = C&sub1;&sub1;A&sub7;f; 12CaO·7·Al&sub2;O&sub3; = C&sub1;&sub2;A&sub7;;
3CaO Al&sub2;O&sub3; = C&sub3;A; CaO Al&sub2;O&sub3; = CA; 3CaO·SiO&sub2; = C&sub3;S;
2CaO·SiO&sub2; = C&sub2;S; (2CaO·Fe&sub2;O&sub3;-6CaO·2Al&sub2;O&sub3; Fe&sub2;O&sub3;)ss = C&sub4;AF,
worin fL feste Lösung bedeutet.
3CaO·3Al&sub2;O&sub3;·CaSO&sub4; = C&sub4;A&sub3;S.

Stand der Technik

Für verschiedene Anwendungsarten wie beispielsweise schnelle Befestigungsarbeiten und Schnellreparaturen an vertikalen und horizontalen Beton- und Ziegelflächen ist es wichtig, dass man Zementmaterialien mit einer sehr kurzen Abbindezeit zur Verfügung hat. Beispiele für solche Anwendungsfälle sind: das Einsetzen von Deckeln für Einstiegslöcher in Straßen, das Einsetzen von Stahlklammern, Sanitärrohren und Haspen, das Verlegen von vorläufigen Holz- und Metallrahmen, das Einsetzen von Dosen und Schutzvorrichtungen für elektrische Anlagen, das Einsetzen von Holzdübeln, das Abdichten von Betonrohren, Abwasserkanälen oder Zisternen, das Verstopfen von kleinen Leckstellen in unterirdischen Bauwerken, Kellern und Aufzugsschächten.
Weitere Beispiele für Einsatzgebiete sind: das Belegen von Landebahnen, das Eindecken von Dächern, die Auskleidung von Tunneln und Unterführungen mit Mörtel oder Beton, das Bedecken von Böschungen und Hängen und die Erhöhung der Produktivität durch die Herabsetzung der Zeit für das Entfernen von Schalungen in Anlagen für die Herstellung von solchen Betonwaren wie Blocksteinen, Rohren, Platten, Querträgern und Baumasten.
Weitere Anwendungsfälle bestehen in der Beschleunigung der Abbinde- und Aushärtezeit von Mörtel und Beton, von vorgemischtem Beton und Zementbindemitteln.
Daher sind modifizierte Bindemittel vom Portlandtyp entwickelt worden, die schnellere Abbinde- und Aushärtekenngrößen haben als normaler Portlandzement.
Gemäß der italienischen Ministerialverordnung vom 31. August 1972 "Norm über die Anforderungen an die Abnahme und über die Modalitäten zur Prüfung von Zementagglomeraten und hydraulischen Kalken" müssen die schnell abbindenden Bindemittel eine Mindestsabbindezeit am Anfang von über einer Minute und eine Abbindezeit am Ende von unter 30 Minuten aufweisen, die an Standardverbindungen bestimmt werden, und müssen darüber hinaus nach 7 Tagen eine minimale Druckfestigkeit von mindestens 13 MPa aufweisen. Weitere Spezifikationen betreffen den Gehalt an SO&sub3; (unter 3,5%) und MgO (unter 4%).
Die "sogenannten" schnellen Bindemittel zeichnen sich im Allgemeinen durch einen hohen Gehalt an Kalziumaluminat aus. Unter den Aluminaten hydratisieren C&sub1;&sub2;A&sub7; und in geringerem Umfang C&sub3;A sehr schnell, während CA langsam hydratisiert. Die Hydratationsrate kann durch die Anwesenheit von Salz oder chemischen Produkten, die als Beschleuniger oder Verzögerer wirken, abgewandelt werden.
Verschiedene schnelle Bindemittel werden durch "Verklinkerung" von Mineralgemischen oder industriellen Nebenprodukten, der ein Mahlen des sich ergebenden Klinkers folgt, und der Zugabe von Zusatzstoffen wie Anhydrit erhalten. Verschiedene Typen von Klinker sind für schnelle Bindemittel bekannt wie beispielsweise:
a) Mit C&sub1;&sub2;A&sub7; angereicherter Klinker, wobei das Mischprodukt daraus unter die Tetraeder- Kompatibilität C&sub2;S-C&sub1;&sub2;A&sub7;-C&sub3;A-C&sub4;AF fällt. Diese Typen von Zementen werden unter dem Namen Prompt Vicat verkauft.
b) Klinker, welcher fluorierte Derivate von C&sub1;&sub2;A&sub7; enthält, deren Mischprodukt unter die Tetraeder-Kompatibilität C&sub3;S-C&sub2;S-C&sub1;&sub1;A&sub7;f-C&sub4;AF fällt wie der in den USA verwendete Regulated Set Cement und der 'Giesereibinder' in Heidelberg.
c) Klinker, welcher Kalziumsulfoaluminat C&sub4;A&sub3;S und β-C&sub2;S enthält. Die Brenntemperatur ist in diesem Fall kritischer als bei den Klinkern a) und b), weil der Stabilitätsbereich von C&sub4;A&sub3;S ziemlich eng ist: 1150 bis 1350ºC.
d) Gemische aus Portlandzement und Aluminatzement.
Die Klinkertypen vom Typ b), die infolge des Vorhandenseins von C&sub3;S zu erhöhten Festigkeitskenndaten der Produkte führen, erlauben darüber hinaus das Recycling von Hochofenschlacke (durch Inkorporation in den Klinker hinein), die zu niedrigen Marktpreisen verkauft wird.
Fluoraluminatzemente wurden in den frühen 70er Jahren entwickelt (italienisches Patent Nr. 37815A/69 und italienisches Patent Nr. 9888018).
Ähnliche Zementzusammensetzungen wurden in Japan mit Erfolg entwickelt und unter dem Namen Jet Cement verkauft. Das deutsche Patent DE 2163604 patentiert Klinker, welche von 40% bis 60% A&sub7;f und von 30% bis 50% C&sub3;S enthalten.
Klinker, welcher Fluoraluminat enthält, kann vorteilhaft bei der Herstellung von schnell abbindenden Bindemitteln eingesetzt werden. Nichtsdestoweniger sind, wie aus den im deutschen Patent DE 2163604 dargestellten Ergebnissen abgeleitet werden kann, erhöhte Werte von C&sub1;&sub1;A&sub7;f erforderlich, die mindestens gleich 40 Gew.-% des Klinkers sind, um zufriedenstellende Werte für die Festigkeit gegenüber Druckspannung zu erhalten. Dies ist ein unbestreitbarer Nachteil angesichts der relevanten Zunahme der Kosten des Endprodukts infolge der hohen Menge an Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und Kalziumfluorid, die für die Herstellung des Klinkers erforderlich sind.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-819660 beschreibt einen schnell härtenden Zement, bei welchem der Klinker Kalziumfluoraluminat und Kalk, der noch nicht dem Brennvorgang des Klinkers ausgesetzt war ("Rohkalk"), enthält. Die Verwendung dieses hoch reaktiven Typs von Kalk ermöglicht, einen schnell abbindenden Zement ohne den Einsatz von großen Mengen an C&sub1;&sub1;A&sub7;f zu erhalten.
Dennoch schwanken die Abbindezeiten der im EP-A-819660 beschriebenen Zemente beträchtlich mit der Umgebungstemperatur, bei welcher dieser Zement eingesetzt wird. Während die Werte für die Aushärtung bei mäßigen oder höheren Umgebungstemperaturen gut sind, befriedigen diese bei niedrigen Temperaturen weniger. Die Herabsetzung der Aushärtegeschwindigkeit ist ein offensichtlicher Nachteil, vor allem bei ihrem Einsatz in Ländern mit kaltem Klima oder während der kalten Jahreszeiten.
Unterschiede in den Aushärtezeiten, die auf die Temperatur zurückzuführen sind, machen es erforderlich, die Zementzusammensetzung je nach dem jahreszeitlichen Klima abzuändern, was den offensichtlichen Nachteil mit sich bringt, dass das Arbeiten mit diesem Produkt komplexer und weniger flexibel wird.
Angesichts der oben festgestellten Nachteile besteht ein Bedarf an neuen, schneller härtenden Betonsorten insbesondere für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen.
Außerdem ist es erwünscht, dass man schnell aushärtende Zemente erhält, die eine höhere Beständigkeit in den Aushärtezeiten über den gesamten Temperaturbereich aufweisen, in welchem sie eingesetzt werden.

Zusammenfassung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein hydraulisches Bindemittel für Zementzusammensetzungen, welches aus einem Klinker, der Kalziumfluoraluminat 11CaO·7Al&sub2;O&sub3;·CaF&sub2; enthält, Natriumaluminat, Kalk, welcher dem Klinker nach dem Brennvorgang zugesetzt wird, und wahlweise Natriumbikarbonat besteht. Ein derartiges Bindemittel ermöglicht die Herstellung von Zementzusammensetzungen, die eine sehr kurze Aushärtezeit sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen haben.
Diese Zementzusammensetzungen haben den weiteren Vorteil einer erhöhten Beständigkeit der Abbindezeit über den gesamten Temperaturbereich von 5ºC bis 35ºC.
Das Bindemittel der vorliegenden Erfindung wird durch Mahlen der oben erwähnten Bestandteile zusammen mit Klinker oder durch deren getrenntes Mahlen und dann deren Vermischen mit dem vorher gemahlenem Klinker hergestellt.
Die Erfindung umfasst außerdem vorgemischte trockene, das besagte Bindemittel enthaltende Mischprodukte, welche für die Herstellung von schnell abbindenden Zementgemischen wie beispielsweise Mörtel und Beton geeignet sind, sowie deren Einsatz in der Bauindustrie.

Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1a, 1b und 1c

Ergebnisse des Abbindetests für spritzfähige Betonmischprodukte, welche das Bindemittel, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, und Natriumsilikat mit einem molaren Silika/Na&sub2;O- Verhältnis von 3,5 enthalten.

Fig. 2a, 2b und 2c

Ergebnisse des Abbindetests für spritzfähige Betonmischprodukte, welche das Bindemittel, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, und Gecedral F 200 enthalten.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Bindemittel für Zementzusammensetzungen, welche umfassen: einen Klinker, welcher Kalziumfluoraluminat (C&sub1;&sub1;A&sub7;f) enthält, Natriumaluminat und Kalk, welcher dem vorher gebranntem Klinker zugesetzt wird. "Hydraulisches Bindemittel" bezieht sich auf ein pulverisiertes Zementmaterial in seinem festen trockenen Zustand, welches, wenn es mit Wasser gemischt wird, eine formbare Mischung bildet, die zum Abbinden und Aushärten imstande ist.
Der in dem vorerwähnten hydraulischen Bindemittel enthaltene Klinker wird dadurch erhalten, dass man einem Brennvorgang ("Verklinkerung") unterzieht: Kalziumfluoraluminat [11CaO·7Al&sub2;O&sub3;·CaF&sub2;] mit mindestens einer Quelle für Kalk, mindestens einer Quelle für Aluminiumoxid, mindestens einer Quelle für Eisen, mindestens einer Quelle für Fluorid und mindestens einer Quelle für Silika.
Typische Quellen für Kalk sind Lehm oder Kalkstein, welche beispielsweise ungefähr 35-55% CaO enthalten. Typische Quellen für Aluminiumoxid sind Bauxit, welches einen Gehalt an Aluminiumoxid von ungefähr 60-90% hat, und Schlackenrückstände aus der Aluminiummetallurgie. Typische Quellen für Fluoride sind Fluorite und die sogenannten "Fluorit- Biscuits" mit einem Gehalt an CaF&sub2; von 40% bis 60%. Typische Quellen für Silika sind Lehm oder Ton und Silikasande.
Das Gemisch von Rohmaterialien, die der "Verklinkerung" unterzogen werden, hat typischerweise einen Gehalt an Al&sub2;O&sub3; zwischen 3 und 10 Gew.-% und einen Gehalt an CaO zwischen 35 und 45 Gew.-%. Außerdem kann es einen Gehalt an SiO&sub2; zwischen 10 und 15 Gew.-% haben.
Materialien, die der "Verklinkerung" unterzogen werden sollen, werden vorzugsweise in einer fein verteilten Form gemischt, bis sie homogen verteilt sind, und dem Brennen in herkömmlichen Brennöfen unterzogen. Als Alternative ist es möglich, die entsprechenden Mengen an Bauxit und Fluorit einem konventionellen Mehl, wie es in der Regel für Portlandklinker verwendet wird, zuzugeben. Es können auch weitere Methoden, die aus bisherigen Techniken bekannt sind, für die Herstellung von Klinker angewendet werden.
Das Brennen der Klinkers erfolgt im Allgemeinen bei einer Temperatur zwischen ungefähr 1275 ºC und 1440ºC, vorzugsweise zwischen 1300 und 1350ºC.
Der auf diese Weise erhaltene Klinker enthält die Bestandteile, die für Portlandzementklinker typisch sind wie Halit (C&sub3;S), Belit (C&sub2;S) und Kalziumaluminiumferrit (C&sub4;AF).
Der Klinker kann begrenzte variable Mengen an freiem Kalk (CaO) enthalten, die aus einer unvollständigen Umwandlung der bei seiner Herstellung eingesetzten Rohmaterialien herrühren. Der Klinker enthält vorzugsweise:
von 12 bis 18 Gew.-% C&sub1;&sub1;A&sub7;f;
von 40 bis 45 Gew.-% C&sub3;S;
von 25 bis 30 Gew.-% C&sub2;S;
von 6 bis 8 Gew.-% C&sub4;AF.
Die oben angeführten Daten hinsichtlich der Zusammensetzung beziehen sich auf das weiter unten angegebene potentielle Berechnungsschema:
C&sub4;AF = 3,04·Fe&sub2;O&sub3;
C&sub1;&sub1;A&sub7;f = Al&sub2;O&sub3; - (C&sub4;AF · 0,2098)/0,5066
CaOrest = CaOges - 0,4616·C&sub4;AF - 0,4379·C&sub1;&sub1;A&sub7;F - CaOfr - 0,7·SO&sub3;
C&sub3;S = 4,07·CaOrest - 7,6·SiO&sub2;
C&sub2;S = 8,6·SiO&sub2; - 3,07·CaOrest,
wobei die Indices die folgende Bedeutung haben:
rest = Rest; fr = frei; ges = Gesamt.
Das hydraulisch Bindemittel, also der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird dadurch erhalten, dass man dem oben erwähnten Klinker folgendes zufügt: (i) Kalk, (ii) Natriumaluminat, (iii) Natriumbikarbonat und (iv) weitere geeignete Zementzusatzstoffe (wobei die Komponenten (iii) und (iv) wahlweise sind). Mit Bezug auf das auf diese Weise erhaltene hydraulische Bindemittel beläuft sich der Klinkergehalt auf mindestens 70 Gew.-% und vorzugsweise auf mindestens 93 Gew.-%.
Der Kalk, der dem Klinker zur Herstellung des hydraulischen Bindemittels gemäß der vorliegenden Erfindung zugefügt wird, ist "roher" Kalk, der noch keinerlei Vorgang der "Verklinkerung" durchlaufen hat. Daher unterscheidet er sich vom "überbackenen" Kalk und verleiht dem erfindungsgemäßen Bindemittel vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Festigkeit gegenüber Druckspannung und Abbindezeit, die mit "überbackenem" Kalk nicht erhalten werden.
Kalk, welcher einen Brennvorgang durchlaufen hat, insbesondere bei Temperaturen über 850- 900ºC, ist modifiziert und wird kaum reaktiv und hydratisiert bei dem Wasserkühlvorgang, der während der Herstellung der Zementzusammensetzung erfolgt, langsam. Außerdem verursacht er, wenn er jenseits bestimmter Grenzwerte vorhanden ist, Instabilität für das aushärtende Gemisch, Mörtel und Beton.
Daher ist der Rohkalk, der dem Klinker nach dem Brennvorgang zugefügt wird, deutlich von dem Kalk zu unterscheiden, der in den Bindemitteln vorhanden ist und aus dem Klinker stammt. Diese Art von Kalk erzeugt keine Probleme hinsichtlich der Stabilität der ausgehärteten Zementzusammensetzungen.
Der Kalk wird dem Klinker vorzugsweise in Mengen von wenigstens 1%, beispielsweise zwischen 1 und 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der festen Bindemittel zugefügt, stärker vorzuziehen ist eine Menge zwischen 3 und 6% oder typischerweise 4%.
Natriumaluminat wird vorzugsweise als Natriummetaaluminat oder als Doppelsalz wie beispielsweise Natriumaluminosulfat oder Natriumaluminosilikat zugefügt und ist in dem Bindemittel zu einem prozentualen Anteil zwischen 0,01 und 0,5 Gew.-% enthalten.
Natriumaluminat ist für das schnellere Abbinden bei niedrigen Temperaturen und für die erhöhte Abbindestabilität bei Temperaturen im Bereich von 5 bis 35ºC verantwortlich.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegende Erfindung kann außerdem Natriumbikarbonat dem Klinker zugefügt werden. Dieses Erzeugnis ist mit einem Prozentgehalt von 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, vorhanden.
Das Zufügen von Bikarbonat bewirkt eine Verstärkung der Wirkungen der weiter vorn beschriebenen Stabilisierung sowie eine verbesserte Erhaltung der mechanischen Festigkeitswerte des verarbeiteten Mischprodukts.
Zusätzlich zu den weiter vorn erwähnten Bestandteilen kann das erfindungsgemäße Zementbindemittel weitere Zementzusatzstoffe enthalten wie z. B. Quellen für Kalziumsulfate, die dem Klinker in der einen oder anderen der oben für Kalk, Aluminat und Bikarbonat angeführten Formen zugefügt werden.
Die Kalziumsulfate sind nützlich zur Steuerung der Lebensdauer, d. h. der Zeit, während der das Zementgemisch eine ausreichende Verarbeitbarkeit aufweist, um das Gemisch zu verarbeiten, bevor es hart wird.
Vorzugsweise Quellen für Kalziumsulfat sind Dihydratgips und natürliche Anhydrite, Fluorgips oder Gips aus Rauchgasentschwefelungsanlagen; sie werden dem gemahlenen Klinker in Mengen zugegeben, die im Allgemeinen zwischen 0,1 und 20% des Gesamtgewichts des getrockneten Bindemittels und typischerweise zwischen 1 und 6% liegen.
Die Gesamtmenge an Sulfaten im erfindungsgemäßen Bindemittel müssen vorzugsweise den Standardbedingungen genügen (SO&sub3;-Gehalt unter 3,5%) und hängt nicht nur von der Menge ab, die dem Klinker in Form von Gips oder Anhydrit zugefügt wird, sondern auch von der Menge an Sulfaten im Klinker selbst.
Unter den Zusatzstoffen, die möglicherweise dem Klinker zugefügt werden, sollte auch gewöhnlicher Zement (wie er nach Standard UNI ENV 197.1 festgelegt ist) oder Portlandklinker erwähnt werden; diese Erzeugnisse werden in Mengen zwischen 5 und 20 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel, zugefügt. Für den Fall, dass Portlandklinker zugefügt wird, kann dieser dem Bindemittel hinzugefügt werden, nachdem dieses gemahlen worden ist, oder er kann zusammen mit diesem gemahlen werden.
Der Zement oder der Portlandklinker, die dem erfindungsgemäßen Bindemittel zugefügt werden, wirken synergistisch mit dem Kalziumsulfat, um die Abbindezeit einzuregeln. Insbesondere verbessert die Zugabe von Zement oder Portlandklinker den mechanischen Festigkeitswert und die Verarbeitbarkeit des Gemischs bei hohen Temperaturen.
Die vorliegend Erfindung umfasst ferner ein Verfahren für die Herstellung des oben erwähnten hydraulischen Bindemittels. Nach diesem Verfahren wird das hydraulisch Bindemittel hergestellt, indem man dem Klinker Kalk (vorzugsweise Kalkklumpen), Natriumaluminat, möglicherweise Natriumbikarbonat und möglicherweise Zementzusatzstoffe zugibt. Alle diese Bestandteile werden zusammen mit dem Klinker gemahlen, bis ein Gemisch erhalten wird, welches die gewünschte Feinheit aufweist. Als Alternative ist es möglich, den Kalk, das Natriumaluminat, möglicherweise das Natriumbikarbonat und möglicherweise die Zementzusätze vorzumahlen und das sich ergebende Gemisch dem vorher gemahlenen Klinker zuzugeben.
In einem vorzugsweisen Aspekt der Vorgehensweise beim oben erwähnten gemeinsamen Mahlen wird das Natriumaluminat in Form einer wässerigen Lösung zugegeben.
Es ist vorzuziehen, die Kalkklumpen, das Aluminat und eventuell das Bikarbonat zusammen mit dem Klinker in Gegenwart von Dihydratgips oder Anhydrit zu mahlen.
Das Mahlen kann mittels einer herkömmlichen Ausrüstung wie beispielsweise einer horizontalen Kugelmühle mit offener oder geschlossener Schleife und/oder Walzenmühlen erfolgen.
Die thermischen Bedingungen des Mahlens und Mischens sind diejenigen, die bei der Herstellung von gewöhnlichen Zementen typischerweise benutzt werden.
Um die Effektivität des Mahlvorgangs zu erhöhen, können die normalen Zusatzstoffe, die beim Mahlen eingesetzt werden und auf dem Markt erhältlich sind, eingesetzt werden.
Die Feinheit, auf die das Gemisch der Bestandteile des festen Zementbindemittels gemahlen wird, liegt im Allgemeinen zwischen 2500 und 7000 Blaine, vorzugsweise zwischen 4000 und 6000 Blaine (cm²/g).
Das Mahlen erfordert variable Zeitspannen je nach den Kenndaten der eingesetzten Brech- und Mahlanlagen, während Labormühlen Zeitspannen zwischen 10 und 60 Minuten und typischerweise zwischen 30 und 40 Minuten erfordern.
Die Gesamtmenge an freiem CaO, der in dem vorliegenden hydraulischen Bindemittel enthalten ist, liegt typischerweise zwischen 1 und 10 Gew.-% und vorzugsweise zwischen 3 und 6 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht des festen Bindemittels, und hängt hauptsächlich von der Menge ab, die dem gebranntem Klinker zugegeben wird, und in einem begrenzten Ausmaß sogar von dem, der in dem Klinker selbst enthalten ist. Dieser letztgenannte Anteil an CaO ist im Allgemeinen niedriger als 2,5 Gew-% mit Bezug auf den Klinker.
Die Menge an Fe&sub2;O&sub3; im Bindemittel liegt im Allgemeinen zwischen 0,5 und 3 Gew.-% des Gesamtgewichts des Bindemittels.
Das weiter oben beschriebene hydraulische Bindemittel kann dazu benutzt werden, schnell abbindende Zementmischungen zu bilden, indem man es mit Wasser und anderen Zuschlagstoffen unterschiedlicher Korngrößen mischt. Zu derartigen Zementmischungen, die außerdem Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, gehören die "Pasten" (d. hydraulisch Mischungen aus Bindemitteln mit Wasser, aber ohne Zuschlagstoffe) und die "Konglomerate" (d. h. Mischungen aus Bindemitteln, Wasser und inerten Zusatzstoffen).
Die "inerten Zusatzstoffe" können grobkörnige Zuschlagstoffe wie gebrochenes Gestein oder Kies oder feinkörnige Zuschlagstoffe wie beispielsweise Sand sein und werden nach den UNI 8520 Uni Standards eingeteilt.
Beispiele für Konglomerate sind: Mörtel (Gemische aus Bindemitteln, Wasser und feinkörnigen Zuschlagstoffen) und Beton (Gemische aus Wasser, Bindemittel, feinkörnigen Zuschlagstoffen und grobkörnigen Zuschlagstoffen).
Die mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln hergestellten Mörtel haben vorzugsweise ein Gewichtsverhältnis Bindemittel/Zuschlagstoff zwischen 2 : 1 und 1 : 3; das oben festgestellte Verhältnis für Beton liegt zwischen 1 : 3 und 1 : 6.
Die Menge an Wasser, die für die Zementzusammensetzung genommen wird, ist so, dass sie ausreicht, um die Hydratationsreaktion des Bindemittels zu vollenden und eine optimale Verarbeitbarkeit im formbaren Zustand des Gemischs zu ergeben.
Das Verhältnis zwischen Wasser, Bindemittel und möglichen Zuschlagstoffen der erfindungsgemäßen Zementzusammensetzung kann innerhalb weiter Grenzen schwanken und hängt von den geforderten Eigenschaften und dem letztlichen Einsatz des Mörtels und Betons ab. Ganz allgemein liegt die Menge an Wasser zwischen 15 und 60 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels.
Das Mischverfahren kann jedes beliebige herkömmliche Verfahren sein.
Die Temperatur, bei der das Bindemittel mit Wasser und mit irgend einem möglichen Zuschlagstoff gemischt wird, liegt im Allgemeinen zwischen 5ºC und 35ºC.
Die Erfindung umfasst ferner trockene Vorgemische, die, wenn sie mit Wasser gemischt werden, eine schnell abbindende Zementmischung darstellen.
Derartige trockene Vorgemische bestehen aus einer homogenen Mischung des weiter vorn erwähnten hydraulischen Bindemittels mit einem oder mehreren inerten Zusatzstoffen wie beispielsweise Sand und möglicherweise weiteren Zementzusatzstoffen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die trockenen Vorgemische zusätzlich zu dem Bindemittel, das Gegenstand dieser Erfindung ist, all die anderen Bestandteile, die üblicherweise bei der Herstellung von Mörteln und Betonarten mit Ausnahme von Wasser benutzt werden. In der Verarbeitungsphase werden die Vorgemische mit einer geeigneten Menge Wasser in Verbindung gebracht, um schnell abbindende Mörtel oder Betonarten zu erhalten.
Die oben erwähnten Zementgemische, die unterschiedslos aus dem hydraulischen Bindemittel oder dem trockenen Vorgemisch, welches selbiges enthält, erhältlich sind, können auf allen Gebieten eingesetzt werden, wo gewünscht wird, mit solchen Zementmaterialien zu arbeiten, die schnell abbinden. Beispiele für solche Anwendungsfälle sind jene Fälle, wo Betonarten für solche Anwendungsfälle festgelegt werden, bei denen es wichtig ist, dass die Abnahmezeit für Schalungen verkürzt wird, für die Herstellung von Zementkleber, für die Herstellung von spritzbaren Betonarten, für die Herstellung von Fußbodenestrichen, für die Herstellung von Gießformen, das Immobilisieren von gefährlichen toxischen Abfallstoffen (wie z. B. Asbest). In dem Fall, wo die oben erwähnten Mischungen in Formen gegossen werden, um verschiedene Produkte zu erhalten, ermöglicht die verkürzte Zeit für das Aushärten, dass die Formen über kürzere Zeitspannen eingesetzt werden und dass folglich der Produktionszyklus dieser industriellen Produkte verkürzt wird.
Die hohe Abbindegeschwindigkeit ermöglicht, dass bestimmte Arbeitsgänge schnell ausgeführt werden können wie beispielsweise das Legen von Deckeln für Einstiegslöcher auf Straßen, das Befestigen von Stahlklammern, das Einsetzen von Rohren und Haspen, das Einsetzen und/oder die Befestigung von Holz- oder Metallrahmen, das Einsetzen von Dosen und Schutzvorrichtungen für elektrische Anlagen, das Abdichten von Rohrleitungen aus Zement, von Abwasserkanälen oder Zisternen, das Abblocken von eindringendem Wasser, die Herstellung von Belägen für Straßen oder Landebahnen, das Decken von Dächern und die Herstellung von Betonprodukten.
Einige der oben erwähnten Anwendungsfälle sollen weiter unten näher veranschaulicht werden.
(i) Zementkleber, welche enthalten: das Bindemittel, das Gegenstand der Erfindung ist und mit Zement (UNI EN 197-1), Silika oder Füllstoffen aus Kalkstein gemischt ist, und Zusatzstoffe, die imstande sind, das Fließverhalten des Gemisches und die Haftfähigkeit an Substraten von T- Trägern zu verändern. Zu diesen Zusatzstoffen gehören thixotropische Zusatzstoffe wie beispielsweise Zelluloseether; Supra-Fließförderer oder Fließförderer/Wasserverdränger, typischerweise vom Melamin-, Naphthalen- oder Akryltyp; Kleber, typischerweise vom Vinyltyp. Zementkleber können beispielsweise eingesetzt werden beim Verlegen von Oberflächenabdeckungen und Oberflächenbelägen oder als Dichtstoffe für die Restaurierung von Bauteilen, die durch das Eindringen von Wasser oder durch Feuchtigkeit Schaden erlitten haben. Die Verwendung des vorliegenden Bindemittels verleiht diesen Produkten die kennzeichnenden Eigenschaften des schnellen Abbindens.
(ii) Fußbodenestriche, welche enthalten: das Bindemittel, das Gegenstand der Erfindung ist, gemischt mit Portlandzement (UNI-ENV 197-1), Füllstoff, Zusatzstoffen, die imstande sind, das Schrumpfen zu kompensieren, und Zusatzstoffe, die imstande sind, das Fließverhalten des Gemischs zu verändern. Der Einsatz des vorliegenden Bindemittels ermöglicht ein beschleunigtes Aufbringen und ein schnelles Trocknen der Unterlage.
(iii) Materialien für Gießereiformen, welche das Bindemittel enthalten, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und mit Sand gemischt. Im Gießereiwesen, können die Formen, in welche das Gießgut gegossen wird, aus unterschiedlichem Material gefertigt sein wie zum Beispiel aus einem Gemisch aus Sand und Bindemittel, welches auf geeignete Weise in die gewünschte Form gebracht wird. Gegenwärtig sind die Bindemittel, welche die breiteste Verwendung für diesen Zweck finden, polymere Polyphenolharze unter Verwendung von Dimethylamin als Katalysator im Aushärteprozess. Der Einsatz derartiger Harze bringt dennoch ernsthafte Umweltprobleme mit sich. Das erfindungsgemäße Bindemittel kann als Alternative zu den vorerwähnten Harzen bei der Herstellung von Gemischen verwendet werden, die für die Herstellung von Gießformen geeignet sind.
(iv) spritzfähige Mörtel oder Betonarten. Das Mörtel- oder Betonspritzen wird oft benutzt, um Tunnel, Böschungen und Hänge zu verkleiden. Die Spritztechniken sind allgemein als Trocken- und Nassverfahren bekannt. Das Trockenverfahren besteht in der Verwendung von Gemischen aus Zement und Gemischen von Zuschlagstoffen mit Wasser, das während des Spritzvorgangs der Düse zugeführt wird. Das Nassverfahren besteht in der Herstellung der Betonmischung und ihrem Verspritzen; in diesem Fall wird normalerweise während der Spritzphase ein beschleunigender Zusatzstoff benutzt. Das Bindemittel, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, kann in Form eines Bindemittels beim Trockenverfahren verwendet werden oder kann einem Portlandzement (UNI-ENV 197-1) beim Nassverfahren zugefügt werden. Beim Trockenverfahren wird das vorliegende Bindemittel mit Silika-Zuschlagstoffen und/oder Kalkstein unterschiedlicher Korngrößen gemischt. Beim Nassverfahren wird die spritzfähige Mischung durch Mischen eines Portlandzements mit dem vorliegenden Bindemittel und möglicherweise Zusatzstoffen für Beton (Fließförderer usw.) gemischt. Die Verwendung des vorliegenden Bindemittels beim Nassverfahren ermöglicht eine beträchtliche Herabsetzung der Menge der der Düse zugefügten beschleunigenden Zusatzstoffe.
(v) Bindemittel für toxische Abfallstoffe: das Bindemittel der vorliegenden Erfindung kann zur Immobilisierung von toxischen Abfallstoffen verwendet werden. Ein derartiges Bindemittel kann mit dem festen Abfallstoff gemischt oder Suspensionen und/oder Wasserlösungen, welche die toxischen Abfallstoffe enthalten, zugegeben werden. Im Fall der Verfestigung von Wassersuspensionen, die Asbestfasern enthalten, kann das Bindemittel in Mengen von 300 bis 400 kg pro Tonne Suspension zugefügt werden.
Die Verwendung des vorliegenden Bindemittels ermöglicht eine hohe Verfestigungsrate des Zement-Abfallstoff-Gemischs und daher die frühzeitige Verbringung der verfestigten Massen. Diese Eigenschaft ist besonders erwünscht, da die Abfallstoffe häufig Zerfallserscheinungen in der Folge der Hydratation und Aushärtung des Zements zeigen. In diesen Fällen stellt die Verwendung von herkömmlichen Zementen eine beträchtliche Verzögerung im Entsorgungszyklus der Abfallstoffe dar.
Für Zwecke der Veranschaulichung sollen weiter unten einige Beispiele für die vorliegende Erfindung angeführt werden, die keinen einschränkenden Charakter haben.

Experimenteller Teil

Beispiel 1: Herstellung des Standard-Bindemittels

Die Herstellungsverfahren des Standardklinkers, dieselben wie diejenigen, die im EP-A-819660 beschrieben sind, sind die folgenden:
Das Brennen des Klinkers wurde in einem Drehofen mit einem Durchmesser von etwa 80 cm und einer Länge von 5 m durchgeführt.
Der Ofen, ausgekleidet mit gebrochenem Feuerfestmaterial und ausgestattet mit einem mit Sauerstoff gespeistem Methanbrenner, ist in der Lage, in der Brennzone eine Temperatur bis zu 1700-1800ºC zu erreichen. Bei diesem System wurde natürliche Belüftung benutzt.
Die den Ofen verlassenden heißen Gase durchlaufen eine Mauerwerkskammer, über der sich ein Trichter aus durchlöchertem Metallblech befindet, welcher das granulierte Mehl enthält. Die Gase heizen das Mehl vor und unterliegen gleichzeitig einer gewissen Entstaubung.
Das Beschicken des Ofens mit den Körnchen erfolgte durch einen engen Kanal mit viereckigem Querschnitt.
Einstellungen waren hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit (von 30 bis 90 Sekunden pro Umdrehung) und des Volumenstroms an Methan möglich.
Die Temperatur des zu brennenden Materials wurde mit einem optischen Pyrometer MINOLTA mit hoher Genauigkeit ermittelt.
Der aus dem Ofen ausgetragene Klinker fiel auf eine Metallschurre, die auf ein kleines Becherwerk für die anschließende Ablagerung in einem Sammelbehälter führte.
Angesichts des begrenzten Materialflusses erfolgte die Abkühlung des Klinkers einfach dadurch, dass er der Luft ausgesetzt war.
Der Brenntest wurde in einer Weise ausgeführt, die in ihrer Komplexheit zufriedenstellend ist, da es möglich war, stabile Brennbedingungen über recht lange Zeitspannen aufrecht zu erhalten.
Insgesamt wurden ungefähr 3 Doppelzentner Klinker in 4 Stunden erhalten.
Die mit dem Pyrometer ermittelte Verklinkerungstemperatur betrug 1330-1350ºC.
Eine erste Teilmenge des auf diese Weise erhaltenen Klinkers wurde mit "rohem" Kalk (d. h. Kalk, der den Brennvorgang des Klinkers noch nicht durchlaufen hat) gemischt, wodurch ein Standardklinker für Vergleichszwecke erhalten wurde. Eine zweite Teilmenge des Klinkers wurde mit rohem Kalk und Natriumaluminat gemischt, wodurch das Bindemittel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Die beiden so erhaltenen Bindemittel hatten die folgende Zusammensetzung:

Beispiel 2: Wirkungen von Natriumaluminat (Tests mit Mörtel und Paste)

Von Zementmischprodukten aus dem Standard-Bindemittel und aus dem aluminathaltigen Bindemittel, die beide im Beispiel 1 erhalten wurden, sind die Aushärtezeiten und die Festigkeit gegenüber Druckspannung miteinander verglichen worden.
Die Tests wurden mit Mörtel und mit Paste durchgeführt. Der Mörtel wurde durch Mischen des Bindemittels mit Sand in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 erhalten, und dann erfolgte das Mischen des Trockengemischs mit ungefähr 20% Wasser. Die Pasten wurden durch Mischen des Bindemittels mit ungefähr 32% Wasser erhalten.
Die für die Mörtel erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Abbindezeit am Anfang und am Ende sind für die zwei getesteten Mischprodukte dargestellt.
In den letzten zwei Zeilen sind die Variationen der Abbindezeit am Anfang und am Ende für jedes Mischprodukt im Temperaturbereich von 5ºC bis 35ºC hervorgehoben. Tabelle 1 - Aushärtezeiten (Mörtel)
Die Tabelle 1 zeigt, dass Proben, die Aluminat enthalten, bei niedrigen Temperaturen eine höhere Aushärtegeschwindigkeit haben als die Standardzusammensetzung, wie in der dritten Spalte dargestellt ist.
In den beiden letzten Zeilen ist hervorgehoben, dass beim Übergang von 35ºC auf 5ºC die Zeiten für das Abbinden am Anfang und am Ende im Fall von Gemischen mit zugefügtem Aluminat weniger schwanken. Dies zeigt die Wirkung des Aluminats auf die Stabilisierung der Abbindezeiten bei verschiedenen Verarbeitungstemperaturen.
Werte für die Festigkeit gegenüber Druckspannung (N/mm²) bei 20ºC sind für die beiden Produkte in der folgenden Tabelle dargestellt. Tabelle 2 - Festigkeit gegenüber Druckspannung (Paste)
Ähnlich dem, was in Tabelle 1 dargestellt ist, zeigt Tabelle 3 die Ergebnisse, die bei Pasten erhalten wurden. Tabelle 3 - Aushärtezeiten (Paste)
Auch in diesem Fall zeigt die Probe, die Aluminat enthält, eine höhere Beständigkeit der Abbindezeit bei unterschiedlicher Temperatur.

Beispiel 3: Einfluss verschiedener Dosen von Natriumaluminat

Das Mischprodukt von Beispiel 1 wurde mit verschiedenen Bindemitteln verglichen, welche denselben Klinker mit derselben Zusammensetzung enthalten, aber zusätzlich unterschiedliche Prozentgehalte an Natriumaluminat aufweisen.
Diese Bindemittel wurden benutzt, um Mörtel durch Mischen mit Sand in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 und Versetzen des Produkts mit ungefähr 17% Wasser herzustellen.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Tabelle 4 - Aushärtezeiten (Mörtel)
Die beiden letzten Zeilen zeigen, dass beim Übergang von 20ºC auf 5ºC die Abbindezeiten am Anfang und am Ende im Fall der Mischprodukte mit einer höheren Menge an Aluminat weniger schwanken. Daher nehmen die Stabilisierwirkungen bei den Abbindezeiten proportional mit der erhöhten Menge an zugefügtem Natriumaluminat zu.
In dem Fall, wo die Probe einen Prozentgehalt an Aluminat von 0,25% hat, ergibt sich, dass die Veränderung (20 Sekunden) praktisch vernachlässigbar ist; das bedeutet, dass ein Zement erhalten wird, dessen Abbindegeschwindigkeit, außer dass sie erhöht ist, praktisch unabhängig von der Verarbeitungstemperatur ist.

Beispiel 4: Auswirkungen der Zugabe von Bikarbonat

Untersucht wurden die Auswirkungen von Natriumaluminat und Natriumbikarbonat, die einem Standard-Schnellbindemittel zugegeben wurden, welches einen Klinker auf Fluoraluminatbasis enthält, der durch den Einsatz von Kohle gebrannt wurde und mit "rohem" Kalk (4%) und chemischem Gips (2,5%) versetzt wurde.
Die Mörtel wurden durch Mischen des Standard-Schnellbindemittels mit Sand im Verhältnis von 1 : 1 und Mischen des Produkts mit ungefähr 17% Wasser erhalten. Die Abbindezeiten des Mörtels sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Tabelle 5 - Aushärtezeiten (Mörtel)
Die in Tabelle 5 gezeigten Ergebnisse bestätigen die stabilisierende Wirkung von Natriumaluminat auf die Abbindezeiten bei unterschiedlicher Temperatur.
Darüber hinaus verstärkt die Zugabe von Bikarbonat diese Wirkung auf synergistische Weise, indem Veränderungen der Abbindezeit am Anfang und am Ende in verschiedenen Temperaturbereichen nicht nur im Vergleich mit dem Standard-Bindemittel, sondern auch im Vergleich mit der Probe, die Aluminat enthält, verringert werden.
Die Wirkung der Verbindung von Natriumaluminat und Natriumbikarbonat wurde außerdem im Hinblick auf die Festigkeit des Mörtels gegenüber Druckspannung (N/mm²) in Zeitspannen zwischen 15' und 3 Tagen untersucht.
Die Druckspannungstests wurden bei 5ºC ausgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle angeführt. Tabelle 6 - Festigkeit gegenüber Druckspannung (Mörtel)
Die Daten in Tabelle 6 veranschaulichen, dass die Kombination aus Natriumbikarbonat und Natriumaluminat zusätzlich zur Verringerung der Abbindezeiten (Tab. 4) die Werte der mechanischen Festigkeit der Gemische nach der Verarbeitung beibehält. Es ist daher möglich, durch die Beigabe von Bikarbonat, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, schnell abbindende Zemente mit einer hohen Abbindegeschwindigkeit selbst bei niedrigen Temperaturen zu erhalten, die geringere Schwankungen in den Abbindezeiten bei Temperaturschwankungen zeigen, und dass gleichzeitig erhöhte mechanische Festigkeitswerte nach der Verarbeitung beibehalten werden.

Beispiel 5: Wirkung der Zugabe von gewöhnlichem Zement

Es wurden Experimente durchgeführt, um die Auswirkung der Zugabe von gewöhnlichem Zement auf die Festigkeit des mit Natriumaluminat versetzten Bindemittels gegenüber Druckspannung zu bewerten. Die Festigkeitswerte wurden bei den Temperaturen 20ºC und 30 ºC für Pasten ermittelt, welche das Bindemittel in einem Gemisch mit einer Menge an Misch- Portlandzement in einer granulierten Schlacke (CEM II A-S 42,5 R) von 5%, 10% und 15% enthalten. Ähnliche Tests wurde unter Verwendung von Puzzolanzement (CEM IV A 32,5) an Stelle von granuliertem Schlackenzement durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7 Tabelle 7 - Fortsetzung
Es ist ersichtlich, dass die Zugabe von Zement die mechanischen Festigkeitswerte signifikant verbessert. Die Zugabe von Zement verbessert auch die Verarbeitbarkeitskenngrößen der Mischungen bei hohen Temperaturen.

Beispiel 6: Beton für Schnellreparaturen

Ein Beton für Schnellreparaturen wurde mit dem Bindemittel der vorliegenden Erfindung erhalten. Die Mischung wurde 30 Minuten lang gerührt. Die Zusammensetzung des so erhaltenen Betons ist folgende:
Bindemittel 450 kg/m²
Kieselsäurehaltige Zuschlagstoffe (max. Durchmesser 10 mm) 1800 kg/m³
Superflux AC 2000 1,5%
Anhydrite 3%
Die rheologischen und mechanischen Eigenschaften sind die folgenden:
Verhältnis Wasser/Zement 0,40
Kegelbruch 110 mm
Dichte 2412 kg/m³
Druckfestigkeit 2 h 4,0 N/mm²
3 h 8,9 N/mm²
14 h 23,5 N/mm²
2 d 29,5 N/mm²
7 d 38,8 N/mm²
28 d 48,2 N/mm²
90 d 52,0 N/mm²

Beispiel 7: Fußbodenestrich

Ein Fußbodenestrich wurde mit dem Bindemittel, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, erhalten. Die Zusammensetzung des Estrichs ist folgende:
Bindemittel 6%
CEM II/A-L42,5 13,2%
Melment F 10 0,2%
Anhydrit 0,6%
Kieselsäurehaltige Zuschlagstoffe (d ≤ 6 mm) 80%
Die rheologischen und mechanischen Eigenschaften sind die folgenden:
Verhältnis Wasser/Zement 0,48
Kegelbruch, mm nicht bestimmbar
Konsistenz "lehmfeucht"
Grenzen der Verarbeitbarkeit, Minuten 40-60
Restfeuchtigkeit nach 24 h 3,5%
3 d 1,6%
7 d 1,0%
28 d 0,5%
Festigkeit gegenüber Druckspannung Kontraktion
5 h 3,1 N/mm²
8 h 4,0 N/mm²
24 h 14 N/mm² 0,01%
2 d 0,01%
3 d 45 N/mm²
7 d 50 N/mm² 0,03%
14 d 0,06%
28 d 60 N/mm² 0,06%

Beispiel 8: Schnell abbindender Zementkleber

Ein schnell abbindender Zementkleber wurde unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels erhalten. Die Zusammensetzung ist wie folgt.
Bindemittel 12%
CEM II/A-L42,5 25%
Kieselsäurehaltiger Füllstoff (0,02-0,55 mm) 20%
Kalkhaltiger Füllstoff (0,02-0,65 mm) 40,5%
Methylzellulose 0,4%
Vinnapas-Harz 2%
Melment F-10 0,1%
Die physikalisch-mechanischen Kenndaten sind folgende:
Prozentualer Wassergehalt der Mischung 28%
Abbindezeit am Anfang 1 h 0,2'
Abbindezeit am Ende 2 h 06'
Druckfestigkeit 2 h 0,5 N/mm²
7 d 5,6 N/mm²
28 d 6,8 N/mm²

Beispiel 9: Beton für Schnellentschalung

Zum Gießen von Beton, der das Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, wurden U-förmige Leitungen (0,6 · 0,65 m; Stärke 0,15 m; Länge 2,5 m) angefertigt. Zusätzlich zum Bindemittel enthielt der Beton auch Zement CEM II A-L 32,5 R, kieselsäurehaltige Zuschlagstoffe (Durchmesser ≤ 18 mm) und verflüssigende erstarrungsverzögernde Zusatzstoffe. Zementgehalt 300 kg/m³. Verhältnis Wasser/Zement 0,5.
Die Entschalzeit ergab sich zu 1 Stunde. Das Erzeugnis war nach 72 Stunden fertig für die Auslieferung. Unter diesen Bedingungen wurden in der die Anlage 4 Produktionszyklen pro Tag an Stelle von 2 eingerichtet, wodurch man nur noch die Hälfte der Formen benutzte und sich die Lagerzeiten des Erzeugnisses vor seiner Auslieferung verringerten.

Beispiel 10: Immobilisierung von Asbesten

Eine wässerige Mischung mit einem Gehalt von 15% an Asbest (Staub und Fasern) wurde mit dem Bindemittel, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, im Verhältnis von 360 kg Bindemittel pro Tonne wässerige Mischung behandelt. Die Abbindezeit am Anfang betrug 20 Minuten. Die Abbindezeit am Ende betrug 30 Minuten. Die Druckfestigkeit nach 3 Tagen ergab sich zu 3,2 MPa.
Das verfestigte Gemisch wurde gebrochen, bis Teilchen mit Durchmessern unter 5 mm erhalten wurden. Nach dem Auslaugen und anschließender IR-Analyse des Filtrats wurde festgestellt, dass die Teilchen keinerlei Asbestfasern freisetzten.

Beispiel 11: Materialien für Gießformen (Zylinder)

Das Bindemittel (10%), also der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wurde mit Sand (90 %) und einem Verhältnis von Wasser/Zement bis zu 0,5 gemischt. Um die Ausbildung der Formen zu erleichtern, wurde im Mischwasser gelöstes Ligninsulfonat in einem Anteil von 0,1 Gew.-%, bezogen auf den Zement, zugegeben. Die Mischung zeigte eine Abbindezeit, gemessen mit einer Vicat-Nadel, von 15 bis 20 Minuten.
Die endgültige Festigkeit des Materials gegenüber Druckspannung wurde mit derjenigen ähnlicher Formen verglichen, die in der Weise hergestellt wurden, dass man das erfindungsgemäße Bindemittel durch ein herkömmliches Bindemittel (Natriumsilikat) ersetzte. Die erhaltenen physikalisch-mechanischen Ergebnisse sind die folgenden: Tabelle 8
Die mechanische Festigkeit, die Werte für die Gasdurchlässigkeit und für aus den Formen austretende Gase für Zylinderteile von Walzenmühlen oder Gusseisen-Kokillen ermöglichen, dass das Gießen ohne Nachteile ausgeführt werden kann und man somit Erzeugnisse ohne Mängel und mit guten mechanischen Eigenschaften erhält.

Beispiel 12: Kerne für Gussteile für die Automobilindustrie

Das erfindungsgemäße Bindemittel (13,5%) wurde mit Sand (85%) und Anhydrit (1,5%) gemischt. Der Mischung wurden 5% Wasser zugegeben. Das so erhaltene Material wurde dazu benutzt, Kerne zum Schmelzen von Teilen der Automobilindustrie herzustellen. Die an Standard-Prüfstücken (25 · 25 · 200 mm) ermittelte Biegefestigkeit von mit Zement verfestigtem Sand betrug:
10' 0,71 N/mm²
1 h 0,93 N/mm²
3 h 1,40 N/mm²
48 h 2,40 N/mm²

Beispiel 13: Spritzbeton

Test 1

Mischprodukte aus spritzfähigem Beton wurden unter Verwendung von Zement CEM III A 42,5 und dem Bindemittel, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, mit den folgenden Anteilen erhalten:
A: Bindemittel 5% CEM III A 42,5 95%
B: Bindemittel 15% CEM III A 42,5 85%
Das Standard-Bindemittel (Natriumsilikat mit einem molaren Verhältnis Silika/Na2O = 3,5) wurde diesen Mischungen in den anteiligen Mengen von 5%, 10% oder 15% zugegeben.
Es wurden Bezugssubstanzen hergestellt, die mit den beschriebenen identisch waren, aber ohne das Bindemittel der vorliegenden Erfindung.
Alle Substanzen wurden den Abbindetests (UNI-EN 196-3) unterzogen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.
Alle Proben, die das Bindemittel, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, zeigten eine dramatische Abnahme in der Eindringtiefe der Vicat-Nadel, was somit ein Hinweis auf das viel schnellere Aushärten ist.
Diese Daten zeigen, dass, wenn konstante Mengen an alkalischem Beschleuniger (Silikat) vorhanden sind, die Zugabe des Bindemittels, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, die Aushärtegeschwindigkeit der spritzfähigen Betone beträchtlich erhöht. Dies ermöglicht somit, den Einsatz der herkömmlichen alkalischen Beschleuniger zu verringern, ohne dass dadurch die Abbindegeschwindigkeit beeinflusst wird.

Test 2

Unter Verwendung von Zement CEM III A 32,5 R und des Bindemittels, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wurden spritzfähige Mischungen mit den folgenden Anteilen erhalten:
A: Bindemittel 10% CEM III A 32,5 90%
B: Bindemittel 25% CEM III A 32,5 75%
Diese Mischprodukte wurden mit einem nichtalkalischen Zusatzstoff (Gecedral F 200) in den Anteilen 5%, 10% oder 15% ergänzt.
Es wurden Bezugssubstanzen hergestellt, die den beschriebenen identisch waren, aber ohne das erfindungsgemäße Bindemittel.
Alle Substanzen wurden den Abbindetests unterzogen. Die in Fig. 2 gezeigten Ergebnisse bestätigen die Schlussfolgerungen, die aus Test 1 gezogen wurden.

Claims

1. Hydraulisches Bindemittel für Zementzusammensetzung, welches umfasst: (a) einen Kalziumfluoraluminat (C&sub1;&sub1;Al&sub7;f) enthaltenden Klinker, (b) Natriumaluminat in Mengen zwischen 0,01 und 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, und (c) Kalk, welcher dem Klinker nach dessen Brennvorgang zugesetzt wird.

2. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1, bei welchem der besagte Klinker in Mengen von mindestens 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, vorliegt.

3. Hydraulisches Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei welchem der besagte Klinker in Mengen von mindestens 93 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, vorliegt.

4. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1, bei welchem Natriumaluminat dem Klinker in Mengen von mindestens 0,25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zugesetzt wird.

5. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1 bis 4, bei welchem der Kalk dem Klinker in Mengen zwischen 1 und 8 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zugesetzt wird.

6. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 5, bei welchem der Kalk dem Klinker in Mengen zwischen 3 und 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zugesetzt wird.

7. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 6, bei welchem der Kalk dem Klinker in Mengen von 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zugesetzt wird.

8. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1 bis 7, bei welchem der Kalk Kalziumoxid in Pulverform oder stückig ist.

9. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1 bis 8, bei welchem der besagte Klinker von 12 bis 18% C&sub1;&sub1;Al&sub7;f, von 40 bis 45% C&sub3;S, von 25 bis 30% C&sub2;S und von 6 bis 8% C&sub4;AF enthält.

10. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1 bis 9, welches ferner Natriumbikarbonat, welches dem besagten Klinker zugefügt wird, Kalk und Natriumaluminat enthält.

11. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 10, bei welchem das Natriumbikarbonat in Mengen von 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zugesetzt wird.

12. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 11, bei welchem das Natriumbikarbonat in Mengen von 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, zugesetzt wird.

13. Hydraulisches Bindemittel nach Anspruch 1 bis 12, welches ferner gewöhnlichen Zement (UNI-ENV 197-1) oder Portlandklinker in Mengen von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, enthält.

14. Verfahren zur Herstellung des in den Ansprüchen 1 bis 13 beschriebenen hydraulischen Bindemittels, nach welchem der besagte Kalk, das Natriumaluminat und möglicherweise Natriumbikarbonat, der gewöhnliche Zement oder der Portlandklinker gleichzeitig mit dem Klinker gemahlen werden.

15. Verfahren zur Herstellung des in den Ansprüchen 1 bis 13 beschriebenen hydraulischen Bindemittels, nach welchem der besagte Kalk, das Natriumaluminat und möglicherweise Natriumbikarbonat, der gewöhnliche Zement oder der Portlandklinker getrennt gemahlen werden und nacheinander dem besagten, vorher gemahlenen Klinker zugesetzt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, nach welchem das besagte Natriumaluminat in Form einer wässerigen Lösung zugesetzt wird.

17. Trockenes Vorgemisch für Zementmischprodukte, welches das in den Ansprüchen 1 bis 13 beschriebene hydraulische Bindemittel und/oder einen oder mehrere inerte Zusatzstoffe und möglicherweise weitere Zementzusatzstoffe enthält.

18. Zementmischung, welche das in den Ansprüchen 1 bis 13 beschriebenen hydraulische Bindemittel, Wasser und mögliche Zuschlagstoffe enthält.

19. Zementmischung nach Anspruch 18 in Form von Mörtel.

20. Zementmischung nach Anspruch 18 in Form von Beton.

21. Zementmischung nach Anspruch 18 in Form von Betonpaste.

22. Verwendung des den in den Ansprüchen 1 bis 13 beschriebenen hydraulischen Bindemittels für die Herstellung von schnell abbindenden Zementzusammensetzungen.

23. Verwendung gemäß Anspruch 22, wobei die Zementzusammensetzung benutzt wird für die Herstellung von Betonerzeugnissen, Zementerzeugnissen, Zementklebern, Bettungen für Pflaster, schnell abbindendem Mörtel und Beton, spritzfähigem Mörtel und Beton, Materialien für Gießformen, Mischungen für die Immobilisierung flüchtiger Abfallstoffe.

24. Verwendung nach Anspruch 22, wobei die Zementzusammensetzung benutzt wird für das Einsetzen von Mannlochabdeckungen, das Befestigen von Stahlklammern, das Installieren von Rohren und Haspen, das Verlegen und Anbringen von Holz- und Metallrahmen, das Einsetzen von Dosen und Hüllrohren für Elektroinstallationen, das Abdichten von Zementrohren, Abwasserkanälen und Zisternen, das Absperren von eindringendem Wasser, das Ausbessern von Straßendecken oder Start- und Landebahnen, das Decken von Dächern, das Aufbringen von Spritzmörtel und Spritzbeton in Tunnels, das Verkleiden von Böschungen und geneigtem Gelände und bei der Herstellung von Betonerzeugnissen.