-
Verfahren zur Herstellung zementartiger Produkte Zusatz zum Patent
639365 Das Hauptpatent befaßt sich mit dem Herstellen zementartiger Produkte aus
den für die Portlandzementerzeugung bekannten Rohstoffen (Kalk, kieselsäurehaltige
und tonerdehaltige Stoffe) durch Mischen oder durch Mischen und Vermahlen in Gegenwart
von Feuchtigkeit und bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, z. B. etwa roo
bis 4oo° C. Das im Hauptpatent 639 365 hierfür angegebene besondere Verfahren kennzeichnet
sich dadurch, daß dem Gemisch aus Kalk, kieselsäurehaltigen oder tonerdehaltigen
Stoffen genügend Wasser zugesetzt wird, damit zunächst eine Hydratisierung des ganzen
etwa anwesenden ungelöschten Kalks erfolgt und dann in jedem Falle während des ganzen
Reaktionsprozesses in der Reaktionszone eine kleine Menge freier Feuchtigkeit verbleibt,
die jedoch nicht genügt, um eine plastische Masse zu erzeugen, und die keine nachfolgende
Trocknung oder Dehydratisierung notwendig macht, um das Produkt in eine brauchbare
Form überzuführen, wobei ,das Mischen oder das Mischen und Mahlen unter den erwähnten
Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen so lange fortgesetzt wird, bis das Produkt
die gewünschten Eigenschaften besitzt.
-
Das Wesen dieser Arbeitsweise besteht darin, daß- der Zusatz an Wasser
eine bestimmte neuartige Regelung erfährt, derart, daß nur eine kleine Menge freier
Feuchtigkeit bei der Reaktion zugegen sein soll, welche den Ablauf der Reaktionen
in überraschender Weise fördert. Man kann daher die zementartigen Produkte aus den
Ausgangsstoffen in einem ununterbrochenen Zuge bis zur handelsfertigen Ware herstellen,
und zwar sogar in einer einzigen Vorrichtung (Rohrmühle o. dgl.), wenn man in dieser
auch das Löschen des Kalks vornimmt oder mit Löschkalk arbeitet. Die vorliegende
Erfindung will dieses Verfahren weiter ausbilden, und bei der Erläuterung der neuen
Vorschläge soll das im Hauptpatent angegebene Verfahren hier der Kürze halber als
die Hauptbehandlung bezeichnet werden. "
Es wurde gefunden, daß
noch bessere Ergebnisse erzielt werden können, wenn man nicht vom Branntkaik (Ca
0) oder vom Löschkalk [Ca(OH)2] ausgeht, sondern vom Kalkstein und diesen
in ,einer neuartigen Weisse he-, handelt, um dann mit dem gewonnenen Er zeugnis.
die Hauptbehandlung vorzunehmen: Gemäß der Erfindung wird also der Hauptbehandlung
roch ein Arbeitsgang vorgeschaltet. Er ähnelt insofern der Herstellung von Portlandzement,
als der Kalkstein oder andere geeignete kalkhaltige Stoffe in Gegenwart von kieselsäurehaltigen
oder tonerdehaltigen Stoffen einer Brenntemperatur unterworfen werden, aber er unterscheidet
sich von dem Brennen des Portlandzements. dadurch sehr wesentlich, daß die Brenntemperatur
niedriger als bei der Zementherstellung gehalten und der Arbeitsgang so vorbereitet
und geleitet wird, daß (abgesehen vom etwaigen Sintern feiner Anteile im Brenngut)
das der Portlandzem@entherstellung eigentümliche Sintern in Fortfall kommt.
-
Es würde gefunden, daß durch das Brennen eines Gemenges aus kalkhaltigen
Stoffen mit kieselsaure- oder tonerdehaltigen Stoffen gemäß der Erfindung gewisse
chemische Verbindungen zwischen den ungleichartigen Gemengeanteileneintreten und
daB diese Vierbindungen die in der Hauptbehandlung gewünschten Reaktionen fördern.
Kieselsäure-und tonerdehaltige Stoffe, die bei der Hauptbehandlung gewöhnlich etwas
träge sind, d. h: mit dem Kalk langsam reagieren, haben sich als reaktionsfähiger
erwiesen, wenn man die Hauptbehandlung mit dem neuen Verfahren verbindet.
-
Das vorgeschaltete Brennen von Kalkstein zusammen mit seinen Zuschlägen
liefert befriedigende Ergebnisse,- wenn es bei den Temperaturen ausgeführt wird,
die man üblicherweise zum Brennen von Kalk anwendet. Im allgemeinen bietet es keinen
Vorteil, diese Temperaturen zu überschreiten oder zu unterschreiten, jedoch gibt
es Fälle, in denen sich die Anwendung von etwas höheren Temperaturen empfiehlt.
Es hat sich .gezeigt, daß die Behandlung des Gemenges aus Kalkstein und .den kieselsäurehaltigen
oder tonendehaltigen Zuschlägen zweckmäßig bei Temperaturen von ungefähr 8oö biss
i 2oo° C vorgenommen wird, aber der Arbeitsgang wird so geleitet, daß der Kalkstein
in Branntkalk umgewandelt wird, ohne daß ein Sintern in der Beschickung eintritt.
Darauf wird der freie Kalkanteil des Brennerzeugnisses hydratisiert, und nunmehr
wird die ganze Masse in ununterbrochenem Zuge der Hauptbehandlung bei niedrigen
Temperaturen und in Gegenwart geringer freier Feuchtigkeit unterworfen.
-
Abweichend von der Pörtlandzementherstellung werden die Ausgangsstoffe
vor den Brande' nicht künstlich angefeuchtet, und ferner wird gemäß der Erfindung
je nach der Art der Ausgangsstoffe und der Besonderheit .des gewünschten Produktes
mit bestimmten; ;.--gebenenfalls wechselnden Korngrößen und - verschiedenen Arten
der Bereitung des zu brennenden Gemenges gearbeitet, wie es sich aus der noch folgenden
Erläuterung einzelner Ausführungsarten ergibt. Auch bei der Anwendung des neuen
Verfahrens kommt die Hinzufügung wechselnder Mengen von Portlandzement zum Behandlungsgut
in irgendeiner Stufe .des Gesamtverfahrens in Betracht. Ferner kann man gewisse
Beschleunigungs-und Unterstützungsmittel anwenden, um die Festigkeit, Abbindegeschwindigkeit
und sonstige Eigenschaften des Produktes günstig zu beeinflussen. Schließlich lassen
sich Zusätze, wie Kolophonium (etwa 2 0/a vom Gewichte des Endproduktes) oder andere
organische Stoffe, machen, wenn besonderer Wert auf Wasserdichtigkeit der erzielten
zementartigen Produkte (Beton-, Mauer-, Putz-,. Stuckzemente üsw.) gelegt wird.
-
Das neue Verfahren führt den weiteren technischen Fortschritt herbei,
daß der Bereich kieselsäurehaltiger und tonerdehaltiger Stoffe, die sich zum Herstellen
zementartiger Produkte verwenden lassen, beachtlich erweitert wird. Einige Stoffe,
die sonst zu träge mit Kalk reagieren, etwa weil ihre kristallinische oder sonstige
physikalische Struktur nicht genügend rasch zerstört wird, schließen sich jetzt
leichter auf und werden dadurch verwendbar. Hierzu gehören z. B. gewisse Quarzsande,
Granite u. dgl: Mit Flußsand von verhältnismäßig ungünstigen Eigenschaften konnten
befriedigende Ergeb- 1 nisse erreicht werden. Auch bei der Anwendung des neuen Verfahrens
eignen sich Tripelerde und Diatomeenerde besonders gut als Zuschläge,zum Kalkstein
bzw. Kalk.
-
1 Beispiel z Kalkstein wird auf eine Korngröße von etwa 38 mm zerbrochen,
worauf das Gut gesiebt wird und die durch ein Sieb mit 2I%2 Maschen je cm2 hindurchgehenden
Teile mit kieselsäurehaltigen oder tonerdehaltigen Stoffen zusammen gemahlen werden.
Das Mengenverhältnis zwischen Kalk und Silicium.dioxyd kann vorzugsweise so gewählt
werden, wie es beim Herstellen von. Portlandzement üblich ist. Der Einsatz besteht
also zum Teil aus Kalkstein und zum Teil aus einem Zementrohgemisch; letzteres wird
nach Wunsch geregelt. Das gemahlene Gemenge wird dem groben Kalkstein beigemischt
und das Gesamtgemenge durch einen Drehofen geschickt, worin es bei ungefähr 8oo
bis
1200° C so gebrannt wird, daß der Kalkstein sich in Ca 0 umwandelt,
ohne daß jedoch ein Sintern eintritt.
-
Das Brennerzeugnis wird dann beispielsweise in einer Hammermühle derart
zerkleinert, daß alle Teile durch in Sieb von 14 Maschen je cm= hindurchgehen. Dabei
oder darauf wird eine weitere Menge kieselsäurehaltiger oder tonerdehalti,ger Stoffe
zugesetzt, ehe die Hvdratis:ierung erfolgt. Der dieslnalige Zuschlag wird so geregelt,
daß die endgültig in dem Produkt gewünschte Zusammensetzung entsteht. Jetzt folgen
das Hvdratisieren und die Hauptbehandlung. Wünscht man für das Endprodukt die physikalischen
Eigenschaften des Portlandzements oder von rasch bindenden Zementen, so kann die
Temperatur bei der Hauptbehandlung 10o° C und mehr betragen (im austretenden Endprodukt,
in der Reaktionszone etwas mehr). Bei günstigen Rohstoffen, entsprechender Zerkleinerung
und gegebenenfalls Ausdehnung der Behandlung können auch bei niedrigeren Temperaturen
gute Ergebnisse erreicht werden.
-
Beispiel Aus Flußsand vulkanischen Ursprungs mit niedrigem Schmelzpunkt
und aus Kalkstein wurde ein Gemenge im Verhältnis von 1 Teil (Flußsand) ztt 2 Teilen
Kalkstein (bezogen auf T<alk, Ca 0) hergestellt, wobei der Kalkstein auf eine
Korngröße von weniger als 63,5 mm (größte Ausdehnung) gebrochen und der Sand so
fein war, daß er durch ein Sieb mit 212 Maschen je cm' hindurchging. Das Brennen
erfolgte in einem Drehofen bei ungefähr 12000 C.
-
Das Brennerzeugnis wurde in einer Hammermühle so lange gemahlen, bis
es restlos durch ein Sieb mit 14 Maschen je cm° hindurchging. Es folgten .die Hydratisierung
und Hauptbehandlung in einer Rohmühle unter Beimischung von wechselnden Mengen Portlandzement-
bei einer Mindesttemperatur von looo C im austretenden Endprodukt. Letzteres war
so fein, daß 9o °/o desselben durch ein Sieb mit 584o Maschen je cm' hindurchgingen.
-
Der niedrige Schmelzpunkt des Flußsandes erwies sich als umgünstig,
da das Produkt eine gewisse Menge verglaster Bestandteile enthielt; gleichwohl zeigte
es wertvolle Eigenschaften. Die nachstehende Zahlentafel gibt die Zugfesti:gkeitswerte
und Abbindezeiten der jeweils entnommenen und sich durch ihren Gehalt an Portlandzement
unterscheidenden Proben zusammen mit Vergleichswerten besten Portlandzements und
hochwertigen Zements an. Die Angaben beziehen sich auf die übliche Mörtelmischung
von Zement und Sand im Verhältnis 1:3.
| Portland- Zugfestigkeitswerte Vergleich in °/a Abbindezeit |
| Zement je in kg;'cmz mij Zementsorten |
| (t : 3 Sand) nach (Stunden und Minuten) |
| Versuchs- _ - normaler hoch- |
| tunden Ende |
| probe 4 'ragen 7 Tagen PZement td Zement Anfang jl Ende |
| i |
| ioo 16,5 23,9 28,5 ioo -- 2 : 00 4:20 |
| ` |
| 95,5 28,2 31>4 4,9 148,1 121,8 1:15 3 : 00 |
| 63,7 a5,0 26,2 34,2 123,7 101,7 1: 10 1 3 : 00 |
| 29,1 i2.2 16,4 26,3 79,5 65,3 1:30 3:30 |
| 6,3 3,1 3,7 8,2 21,5 17,7 3:35 12:15 , |
| 3,1 .2,9 3,4 6,3 18,2 15,0 4 : 00 13: 15 |
| 2,6 7'0 5,8 4 . 30 13: 40 |
Das 95,5 °/o Portlandzernent enthaltende Produkt zeigt eine um rund 48
% höhere Zugfestigkeit als der normale Portlandzement und eine um 2o °/o
höhere Festigkeit als der hochwertige Zement. Bei 6o
% und mehr Gehalt an
Portlandzement besteht Gleichwertigkeit oder geringe Überlegenheit. Dasselbe gilt
bei 45 bis 6o
% Zusatz gegenüber Portlandzement. Mit günstigeren Zuschlägen
lassen sich schon bei 30 °4 Portlandzementzusatz Produkte erzeugen, die dem Portlandzement
fast gleichwertig sind. Die Zunahme der Zugfestigkeit namentlich zwischen dem 7.
und 28. Tage ist beachtlich. Die Produkte mit 6,3 und 3,1 °/a Portlandzement zeigten
die Bildsamkeits- und Abbindeei,genschaften wertvoller Mauerzemente, und das Produkt
ohne Portlandzement war noch ein guter Zementmörtel. Die Prüfung wurde nach den
amerikanischen Vorschriften (24stündige Aufbewahrung der Versuchsproben an der Luft
für Festigkeitsversuche) angestellt, während sich nach den Normalbedingungen günstigere
Ergebnisse gezeigt haben würden. Zwecks Prüfung auf ihre Eignung als Mörtel- oder
Mauerzemente wurden die letzten drei Proben
i Tag an der Luft gelagert,
dann 3 Tage, 7 Tage und teilweise 28 Tage feuchter Luft ausgesetzt und nun in Wasser
gebracht. Die Ergebnisse der ersten sieben Tage sind in der nachstehenden Tabelle
,angegeben.
| Portland- Zugfestigkeitswerte |
| zement je in kg/cm2 (i : Sand; nach |
| Versuchs- |
| probe |
| i Tag ä Tagen 7 Tagen |
| 6,3 3,i 4,5 9,6 |
| 3'i 3'i 5,6 i1,7 |
| O 2,2 3),9 719 |
Die Arbeitsweise gemäß der Erfindung gestattet in mehrfacher Hinsicht wesentliche
Abweichungen. Man kann dem Brennerzeugnis vor dem Mahlen in der Hammermühle oder
nachher, also vor dem Hydratisieren und schließlich auch nach dem Hydratisieren
vor Beginn der Hauptbehandlung beispielsweise
jede beliebige gewünschte Menge
an kie@elsäürehaltigen oder tonerdehaltigen Stoffen zusetzen. Ferner ist es angängig;
mit dein Kalkstein einen Überschuß an kieselsäurehaltigen und bzw. oder tonerdehaltigen
Stoffen in den Brennofen einzuführen, indem man nachher entweder in die Hammermühle
oder aber bei der Überführung in die Hydratisiervorrichtung einen ergänzenden Kalkzusatz
macht. Die Hydratisierung wird zweckmäßig der Hauptbehandlung vorausgeschickt, aber
man kann dieselbe auch mit .der Hauptbehandlung in der Rohrmühle verbinden, wenn
man dafür sorgt, daß zwischen ihr und den Hauptreaktionen .ein genügender zeitlicher
und (in der Rohrmühle) räumlicher Abstand liegt.
-
Setzt man den Portlandzement als feines Mehl zu, so muß das nach der
Hydratisierung geschehen, damit letztere die Äbbindeeigensehaften des Endproduktes
nicht schädigen oder zerstören kann. Der Zusatz erfolgt also zweckmäßig erst während
der Hauptbehandlung oder gegebenenfalls beim Austritt des Produktes aus der Mühle.
Verwendet man Klinker aus Portlandzem.ent, so können sie mit dem übrigen Gut in
der Hammermühle gemahlen werden, jedoch müssen die Klinker so grob bleiben, däß
sie restlos durch ein Sieb mit 9 Maschen je cm2 hindurchgehen, damit bei der nachfolgenden
Hydratisierung kein Abbinden der Komponenten des Klinkerz.usatzes stattfindet. Man
kann die Klinker auch getrennt so weit mahlen, daß sie durch ein Sieb mit weniger
als 9 Maschen je cm' hindurchgehen und dann mit dem hydratisierten Gut zur- Hauptbehandlung
in die Rohrmühle einbringen. Außer der erneuten Förderung der Reaktionen während
der Hauptbehandlung und außer der Erweiterung des Auswahlbereiches hinsichtlich
der kieselsäurehaltigen und tonerdehaltigen Zuschläge führt die Erfindung noch den
Vorteil-herbei, daß die Herstellungskosten des Endproduktes selbst bei Zusatz einer
erheblichen Menge an Portlandzement niedriger sind als bei diesem selbst und anderen
bekannten Arbeitsweisen. Mit diesem wirtschaftlichen Erfolg verbindet sich dann
noch der, daß es möglich ist, zementartige Produkte zu erzeugen, deren Eigenschaften
denen der besten Zemente (hochwertiger Zement, Schmelzzement) gleich oder überlegen
sind.