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Verfahren zur Herstellung zementartiger Produkte Die Erfindung verfolgt
den Zweck, zementartige Produkte (Beton-, Mauer-, Putz-, Stuckzemente usw.) mit
überlegen günstigen physikalischen Eigenschaften und guter Anpassungsfähigkeit an
die im Gebrauch zu stellenden Anforderungen bei geringeren Erzeugungskosten als
bisher herzustellen. Wesentlich ist bei dem neuen Verfahren die Vermeidung des bei
der Erzeugung von Portlandzement, hochwertigem Zement usw. unentbehrlichen Brennens;
trotzdem sollen aber die neuen Zemente in ihren Eigenschaften den bekannten Zementen
mindestens gleichwertig bzw. ihnen überlegen sein.
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Man hat schon vorgeschlagen, zementartige Produkte -kalt, d. h. unter
Vermeidung der hohen Brenntemperaturen, nämlich mit höchsten Behandlungstemperaturen
von etwa 400 bis 6oo° C herzustellen. Ein bekanntes Verfahren dieser Art will auf
solchem Wege gewisse bisher nicht benutzte Gesteine (Basalte, Trachyte, Porphyre;
Lavagestein usw.) für die Zementherstellung nutzbar machen. Das Gestein wird gemahlen
und mit hydratisiertem Kalk zusammen, der so langsam mit Wasser gelöscht wird, daß
er ein sehr feines und trockenes Pulver bildet, in einer Kugelmühle so lange gemischt,
bis das Produkt eine gewünschte Feinheit .erreicht. Es entsteht ein langsam abbindender
Zement, der ohne weiteres Arwendbar sein soll. Bindet er jedoch allzu langsam ab,
so wird dem Gemisch vor der Behandlung in der Kugelmühle Calciumaluminat oder ein
sehr guter, langsam bindender Portlandzement in geringer Menge zugesetzt. Das Mischen
in der Kugelmühle erfolgt also ohne Feuchtigkeitszusatz, denn andernfalls würde
der fein gemahlene Portlandzementleiden. Das Verfahren ist außerordentlich langwierig,
denn die Reaktion des Kalks mit dem Gesteinpulver kann nur sehr langsam verlaufen,
weshalb auch nur satzweise und nicht fortlaufend gearbeitet werden kann. Das Produkt
des älteren Verfahrens ist ferner im wesentlichen nicht zur Verwendung als Bindemittel
bestirizmt, denn für seine Erhärtung ist vorgeschlagen, es entweder einem mechanischen
Druck von goo kg/cm2 zu unterwerfen oder in einem Autoklaven 5 Stunden lang einem
Druck von 8 bis io atü auszusetzen. Ohne diese Druckbehandlung bindet das Produkt
sehr langsam ab und eignet sich daher nicht zur Herstellung von Mörtel, Beton usw.
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Man hat ferner vorgeschlagen, einerseits Kalk und anderseits kieselsäurehaltige
Körper (Ton, Sand, saure Schlacken) im Gewichtsverhältnis 3 : i als Pulver in trockenem
-Zustande innig zu vermischen und dann Wasser zuzusetzen, um Formlinge herzustellen,
die darauf in einem Autoklaven mit Wasserdampf von 8 bis 1a atü behandelt werden.
Die Formlinge werden im Tunnelofen auf -40o bis
6oo° C erhitzt;
bis sie noch 9 bis z= °% Hy dratwasser enthalten, und dann auf die Fein heit eines
@-gewöhnlichen --Zementmehls ver mahlen. Es soll ein volumenbeständiger hydraulischer
Kalk gewonnen werden. Auel hierbei kann nur satzweise und nicht fortlaufend gearbeitet
werden.
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Das zuerst beschriebene bekannte Verfahrer ist kostspieliger und liefert
keinen für alle Bauzwecke verwendbaren Zement; das zweite Verfahren ist sehr verwickelt
(Vormahlen, Mischen, Anfeuchten des Gemenges, Kneten und Formen der Ziegel, Autoklavenbehand
lang, Trocknen der Ziegel, nochmaliges Vermahlen) und daher besonders kostspielig..
Die Erfindung schlägt demgegenüber einen neuen Weg zur sog. Kaltherstellung von
Zement ein, der alle erwähnten Mängel vermeidet. Das neue Verfahren benutzt im allgemeinen
die für die Erzeugung von Portlandzement bekannten Rohstoffe, nämlich Kalk, kieselsäurehaltige
und tonerdehaltige Stoffe. Der Kalk kann als gebrannter Kalk, Ca0, oder als Löschkalk,
Ca (0H)2, verwendet werden, während für die kieselsäure- und tonerdehaltigen . Stoffe
außer den üblichen auch noch andere Ausgangsstoffe vorgeschlagen werden. Die Behandlung
besteht in einem Mischen und Vermahlen in Anwesenheit von Feuchtigkeit und unter
Aufrechterhaltung einer niedrigen Temperatur zwischen ungefähr roo und 400 ' C.
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Der Gegenstand der Erfindung weist nun das Merkmal auf, daß der Zusatz
an Wasser eine bestimmte neuartige Regelung erfährt. Während der ganzen Dauer er
gegenseitigen Reaktionen zwischen dem Kalk und den Kieselsäureverbindungen des Gemisches
soll eine kleine Menge freier Feuchtigkeit vorhanden sein, denn es wurde-gefunden,
daß diese den Ablauf' der Reaktionen in überraschender Weise fördert. Sie darf nicht
so groß sein, daß eine knetbare Masse entsteht oder eine spätere Trocknung oder
Dehydratisierung notwendig wird, um das Produkt in eine brauchbare Form überzuführen.
Die Menge an Feuchtigkeit soll vielmehr nur so groß sein, daß sie unter strenger
Vermeidung hon Naßmahlbedingungen die gewünschten Reaktionen derart begünstigt,
daß das Endprodukt sich in einem einzigen ununterbrochenen Zuge ohne weitere Hilfsmaßnahmen
unmittelbar in handelsfertiger Form erzeugen läßt. Wenn das Gemenge mit gebranntem
Kalk hergestellt wird, setzt man hiernach so viel Wasser oder Wasserdampf zu, daß
der Kalk gelöscht wird und die gewünschte kleine Menge freier Feuchtigkeit übrigbleibt.
Stellt man dagegen das Gemenge mit Löschkalk her, so wird nur so viel Wasser oder
Wasserdampf zugesetzt, daß gerade die gewünschte Menge freier Feuchtigkeit vorhanden
ist. Bei Anwesenheit einer beschränkten Menge Feuchtigkeit verlaufen die zur Umsetzung
erforder-@chen Reaktionen zwischen dem Kalk und yä,.en Kieselsäureverbindungen innerhalb
eines verhältnismäßig großen Temperaturgebietes rasch und vollständig, und zwar
treten dieselben beispielsweise schon bei einer Temperatur von i2,o° C in verhältnismäßig
kurzer Zeit ein. Es ist nicht notwendig bzw. unerwünscht, etwa q.oo° C zu überschreiten.
Die angegebenen Temperaturen beziehen sich auf das fertig austretende Produkt; sie
werden in der Reaktionszone selbst etwas höher sein.
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Wegen der Beschleunigung der Umsetzung durch die geringe Menge Feuchtigkeit,
die gemäß der Erfindung in der Reaktionszone dauernd vorhanden ist, kann man nunmehr
den ganzen Arbeitsgang in einem ununterbrochenen Zuge fortlaufend, und zwar sogar
in einer einzigen Vorrichtung, beispielsweise einer Rohrmühle, ausführen. Das neue
Verfahren ist also auch durch seine überraschende Einfachheit und eine bedeutende
Verringerung der Herstellungskosten den bekannten Arbeitsweisen erheblich überlegen.
Dieser Erfolg wird gemäß der Erfindung noch dadurch gesteigert, daß die nichtkalkhaltigen
Komponenten des Gemenges vor ihrer Vereinigung mit den kalkhaltigen Komponeten so
fein zerkleinert werden, daß ungefähr 95 °lo der kieselsäure- und tonerdehaltigen
Stoffe durch ein aoo-Maschen-Sieb oder ein noch feineres Sieb hindurchgehen. Diese
Maßnahme führt eine weitere Beschleunigung der Umsetzung herbei, die es ermöglicht,
den Arbeitsgang so zu leiten, daß infolge der Anwesenheit einer beschränkten Menge
Feuchtigkeit und infolge des Feinheitsgrades der aufeinanderwirkenden Stoffe nur
diejenigen Reaktionen hervorgerufen werden, die nötig sind, um das gewünschte Endprodukt
zu erzielen.
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Unter den angegebenen Bedingungen verlaufen die Reaktionen des Kalkes
und der Kieselsäureverbindungen miteinander ferner so günstig, daß hinsichtlich
der Auswahl der letzteren eine sehr große Freiheit besteht. Verwendet man übliche
Stoffe, wie Sand, Ton usw., so ist zweckmäßig die Vermahlung eine besonders feine.
Es sollen mindestens 95 °% durch ein 2oo-Maschen-Sieb hindurchgehen. Außerdem lassen
sich aber gemäß der Erfindung als nichtkalkhaltige Komponenten auch noch.kieselsäurehaltige
Erden, wie z. B. Kieselgur (Diatomeenerde oder Tripelerde), mit Vorteil verwenden.
Sie werden so vermahlen, daß wenigstens go °/o durch ein zoo-Maschen-Sieb gehen,
Evas bei diesen Stoffen nur eine sehr geringe Mahlarbeit erfordert, Das nach dem
neuen Verfahren gewonnene Produkt zeichnet sich an sich schon durch ein verhältnismäßig
geringes
spezifisches Gewicht aus, und dieser Vorteil erhöht sich bei der Verwendung von
Kieselgur o. dgl. weiterhin.
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Gemäß der Erfindung kann man den kalkhaltigen und nichtkalkhaltigen
Ausgangsrohstoffen auch noch Portlandzement oder fein gepulverte Portlandzementklinker
in verschieden großer Menge zusetzen, und zwar geschieht das, nachdem der ganze
gebrannte Kalk hydratisiert worden ist, worauf dann in Gegenwart der beschränkten
Menge Feuchtigkeit und bei der niedrigen geregelten Temperatur die gemeinsame Weiterbehandlung
durchgeführt wird. Man kann dabei so vorgehen, daß man gebrannten Kälk zunächst
mit dem kieselsäurehaltigen Gut in Gegenwart von genügend Wasser mischt, um die
Hydratisierung des Kalkes herbeizuführen, darauf diesem Gemisch den Portlandzement
zusetzt und dann die gemeinsame Behandlung eintreten läßt.
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Während bei dem obenerwähnten bekannten Verfahren- ein geringfügiger
Zusatz (I bis 3 °1o) von Portlandzement lediglich den Zweck verfolgte, ein allzu
langsam abbindendes Produkt zu verbessern, wird bei dem neuen Verfahren ein hiervon
grundsätzlich abweichender Erfolg erzielt, denn man erreicht eine regelbare und
bemerkenswerte Steigerung der Festigkeits- und sonstigen Eigenschaften des Produktes.
Durch Hinzufügung geeigneter Mengen von Portlandzement zu den Ausgangsstoffen lassen
sich nämlich Produkte mit physikalischen Eigenschaften erzeugen, die denen der sogenannten
hochwertigen Zemente (Superzemente, Schmelzzemente) 'gleichkommen und in manchen
Fällen sogar diese noch übertreffen. Schon geringe Zusätze verbessern die Brauchbarkeit
des Produktes für die Verwendung als Mauer-, Stuck- und Putzzemente sehr erheblich.
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Im allgemeinen zeichnet sich der gemäß der Erfindung hergestellte
Zement weiterhin dadurch aus, daß z. B.. bei der Bereitung von Beton mit demselben
nur etwa die halbe Wärmemenge bei, der Erhärtung frei wird, als wenn man einen gleichen
Beton mit gewöhnlichem Portlandzement herstellt. Hierzu kommt dann noch der beachtliche
Vorzug, daß alle Zemente, die man nach dem neuen Verfahren gewinnt, sich durch eine
überlegene Plastizität (Formbarkeit, Knetbarkeit) auszeichnen und daß sie in der
Färbung besonders gut und namentlich auch gleichmäßig ausfallen.
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Die nachstehenden Beispiele erläutern die praktische Ausübung des
neuen Verfahrens. Die Teile sind Gewichtsteile. Beispiel i 2 Teile gebrannter Kalk
und i Teil Diatorneienerde (Trockengewicht) werden in eine Rohrmühle eingeführt
und in gewöhnlicher Weise gemischt und gemahlen. Der Wassergehalt der Diatomeenerde
ist ungefähr 40'1". Es wird genügend Wasser zugesetzt, um die Hydratisierung des
Kalkes zu erreichen und eine beschränkte Menge freier Feuchtigkeit übrig zu behalten,
die jedoch so gering sein muß, daß keinesfalls Naßmahlbedingungen entstehen. Wenn
das Rohgut beim Einbringen eine Temperatur von ungefähr 22° C besitzt, erfolgt@die
Regelung des Arbeitsganges so, daß das am Ende der Rohrmühle austretende Erzeugnis
eine Temperatur von etwa 15o° C aufweist. Die Regelung läßt sich im wesentlichen
durch einfaches Abstimmen des Einfüllens der Rohstoffe herbeiführen. Man setzt verschieden
große Mengen Portlandzement zu, zieht davon Proben und untersucht sie im Vergleich
mit reinem Portlandzement und mit Proben ohne Portlandzement. Hinsichtlich der Zugfestigkeit
und Abbindezeit von Produkte dieses Beispiels enthaltenden Erzeugnissen wurden die
nachstehenden Werte gefunden: Portland- Zugfestigkeit kg/cm2 zement (1:3 Sand) nach
Tagen in der Probe I - j 7 28 ioo =6,5 23,9 28,4 @ 31,6 42,6 22,8 26,3 3I,4
1 36,9 7.1 4@3 7,6 18,3 33,2 0,0 3.3 , 2,81 6,41 23,6 Vergleich mit
Abbindez?-it Portland- (Stunden und zement Minuten) °/o Anfang j Ende
100 - 2'00 4'20 116,7, o-i5 iloo 62,7 3'10 7-30 35,7 6'2o 162o Die
Angaben der ersten Zeile beziehen sich auf einen anerkannt guten Portlandzement.
Die Versuche sind mit Formstücken aus einem Gemisch i : 3 (Sand) angestellt worden.
Die Angaben der zweiten Zeile beziehen sich auf ein Produkt gemäß dem Beispiel,
bei dem den Rohstoffen nach dem Ablöschen des Kalkes 42,6'[" Portlandzement zugesetzt
waren. Die Festigkeit ist rund 16 °1o größer als bei dem Portlandzement selbst;
das Produkt
entspricht also einem hochwertigen Zement. Bei einem
Zusatz bis zu 5o °fo Portlandzemerit wächst die Festigkeit weiter. Die letzte Zeile
bezieht sich auf ein Erzeugnis gemäß dem Beispiel ohne Zusatz von Portlandzement;
es ist ein sehr guter Mauerzement und hochwertiger Verputzzement. Ein Zusatz von
5 bis io °1o Portlandzement liefert einen hochwertigen Mauerzement. Beispiel 2 2
Teile gebrannter Kalk und i Teil Tripelerde werden in einer Hydratisiervorrichtung
(z. B. einem langen Schraubenförderer) mit Portland- Zugfestigkeit kg/cm" Vergleich
mit Abbindezeit zement (c:3 Sand) nach Tagen Portland- (Stunden und in der Probe
zement )
o% i - 3 71 28 °/o Anfang Ende -ioo 16,5 23,9 ' 28,4I 31,6
Zoo Voo 4-20 914 17,9 27,3 34,1 36,4 114,4 1;50 5.20
72,6 20,4 31,2 32,7 39,2
122,5 1-50 4-50 64,6 13,8 24,1 29,7 - 98,4 .2`20 5'45 50,0 - 12,2.
17,2 21,1 - 73,5 1'50 5'00 36,1 8,91 11,1: 15,4 - 51,4 2120 6-50 t
i Auch diese Untersuchungen -wurden mit Gemischformstücken i : 3 (Sand) vorgenommen.
Man gewinnt sehr befriedigende Mauer-und Stuckzementsorten. Bei etwa 65 °fo Zusatz
von Portlandzement entsteht ein einem guten Pörtlandzement gleichwertiges Erzeugnis,
und bei Zusatz von 7o bis 9ö °f, Portlandzement hat das Produkt die Merkmale eines
hochwertigen Zements.
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Nach dem ersten Beispiel läuft das ganze Arbeitsverfahren nur in einer
einzigen Vorrichtung (Rohrmühle) ab; während nach dem zweiten Beispiel zwei Vorrichtungen
(HydratisierungsvorrichtungundRohrmühle) benutzt werden. In jedem Falle sind die
technischen Hilfsmittel für die Ausübung des neuen Verfahrens im Vergleich zu denen,
die man für die bekannten Verfahren braucht, sehr einfach. Beispiel 3 Benutzt man
z. B. luftgelöschten Kalk und Tripelerde, so kann man die Rohstoffe gleichfalls
in einem Schraubenförderer mit Wasser mischen und dann in der Rohrmühle behandeln.
Der Wasserzusatz ist aber dann nur so groß, daß die beschränkte Menge freier Feuchtigkeit
gesichert ist, die in der Reaktionszone vorhanden sein soll. Bei einer Temperatur
des fertig austretenden Erzeugnisses von etwa 15o° C und einem Kalk, der im Schachtofen
gebrannt war und einen verhältnismäßig Wasser gemischt. Das fertige Gemisch aus
Löschkalk und Tripelerde wird zweckmäßig sofort mit seiner Reaktionswärme in die
Rohrmühle eingeführt. Der Wasserzusatz erfolgt mit einem solchen Überschuß, daß
das Vorhandensein der geringen Menge freier Feuchtigkeit zur Begünstigung der Reaktionen
schon beim Eintritt in die Rohrmühle gesichert ist. Die Arbeitsbedingungen werden
ebenso wie beim ersten Beispiel geregelt. Zwecks Vergleiche setzt man wiederPortlandzement
in verschieden großer Menge zu und entnimmt Proben. Die Ergebnisse waren folgende:
hohen Gehalt an Kalksulfat - und Kalksulfid aufwies (im ersten und zweiten Beispiel
handelt es sich um im Drehofen gebrannten Kalk mit nur Spuren von Schwefelverbindungen),
zeigten sich Ergebnisse von teilweise besonderer Eigenart. Die Festigkeitsuntersuchung
nach 7tägiger Aufbewahrung lieferte folgendes Ergebnis: Portlandzement Vergleich
mit in- der Probe Portlandzement °(o °io 92,2 1340 42,6 127,0 22,2
88,0
0,0 447 Die größere Festigkeit gegenüber dem obigen Beispiel für dasselbe
Gemisch dürfte zum Teil auf Calciumcarbonat (beim Luftlöschen des Kalks entstanden)
und zum Teil auf den Schwefelgehalt des Kalks zurückzuführen sein. Ein Zusatz von
etwa 30 °1o Portlandzement würde ein Produkt mit gleicher Festigkeit wie Portlandzement
liefern; höhere Zusätze bringen die Festigkeit eines hochwertigen Zementes.
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Alle Untersuchungen sind nach den in den Vereinigten Staaten von Amerika
geltenden Vorschriften für die Prüfung von Portlandzement ausgeführt; den Mauer-
üsw. Zementen kommen in Wirklichkeit höhere Werte zu.
Versuche mit
Ton und Flußsand haben ähnlich befriedigende Ergebnisse geliefert. Gewisse an sich
bekannte Beschleuniger (Chlornatrium, Chlorcalcium, Natriumhydroxyd, Gerbsäure)
führen bei dem neuen Verfahren eine überlegene Verbesserung der physikalischen Eigenschaften
des Produktes (Festigkeit, Abbindezeit usw.) herbei. Man setzt sie am einfachsten
dem zur Hydratisierung bzw. Befeuchtung dienenden Wasser zu. Die an sich schon guten
Wasserdichtigkeitseigenschaften der neuen Zemente lassen sich gewünschtenfalls durch
einen entsprechenden Zusatz noch verbessern. Dazu eignen sich z. B. Kolophonium
(bis zu 2 °f, des Endproduktgewichtes) oder andere Harze oder organische Stoffe,
die mit dem Kalk Resinate bilden können. Während gewöhnlicher Portlandzement ein
spezifisches -Gewicht von 3,1 besitzt, ergibt sich bei den neuen Zementen,
beispielsweise bei Tripelerde als nichtkalkhaltiger Komponente, ein solches von
2,6 und bei Diatomeenerde ein solches von nur 2,3.